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Novel applications of distributed fiber-optic sensing in geotechnical engineering

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[Quelle: http://e-collection.library.ethz.ch]

In der vorliegenden Studie wurden neue Anwendungen der kontinuierlichen Glasfasersensorik in der geotechnischen Überwachung erörtert, entwickelt, eingebaut und evaluiert. In einem ersten Schritt wurden eindimensionale Strukturen geprüft: - Dehnungsverteilung entlang eines im Boden eingebauten Kabels während dem Herausziehen; - Dehnungsverteilung entlang eines Bodenankers während dem Herausziehen. Aus diesen Versuchen konnten neue Erkenntnisse bezüglich des progressiven Versagens zwischen Boden und Struktur gewonnen werden: Die Rest-Scherspannung hat sich mit zunehmender Ausziehkraft erhöht. Dieses Phänomen, welches während den Versuchen gut dokumentiert wurde, wird mittels eines konzeptuellen analytischen Modells hergeleitet und erklärt. Die erfolgreiche Anwendung der Technologie in eindimensionalen Strukturen motivierte dazu, die Sensoren auch für mehrdimensionale Fragestellungen einzusetzen: - Instrumentierte Straße zur Evaluierung einer Rutschhanggrenze; - Direkt im Baugrund eingebautes "Mikro-Anker"-Sensorsystem zum Messen von Bodenverschiebungen; - Instrumentiertes Bohrloch zur Evaluierung einer Rutschhang-Gleitfläche. Diese drei Anwendungen wurden auf den Kriechhängen Brattas und Laret in St. Moritz, Schweiz, ausgeführt. Die Hänge rund um St. Moritz werden schon seit Jahren konventionell überwacht. Aus den Projekten resultierten neue Erkenntnisse bezüglich der Kriechhanggrenze. So wurde im Gebiet Brattas eine zusätzliche Scherzone ermittelt. Ein Wasserrohrbruch bestätigte später die Lage der Scherzone. Zusätzlich konnten mit dem im Boden eingebauten System die saisonalen Bewegungsschwankungen erfasst werden. Um die oben erwähnten Anwendungen zu ermöglichen, waren Fortschritte in der Technologie, den Sensoren und der Dateninterpretation notwendig: - Die längenverteilte Auflösung des Messsystems musste verbessert werden. Dazu wurde die an der EPFL entwickelte Brillouin Echo Distributed Sensing Technologie ein erstes Mal erfolgreich im geotechnischen Labor eingesetzt; - Ausführliche Versuche mit Sensoren und Sensorsystemen ermöglichten die Entwicklung von neuen, verbesserten, kommerziellen Sensorkabeln. Dabei wurde auch die Sensorintegration weiter vorangetrieben; - Optionen zur Dateninterpretation wurden evaluiert und angewandt. Die vorliegende Arbeit beschreibt im Detail die Entwicklung und den Fortschritt mit neuen geotechnischen Anwendungen der kontinuierlichen Glasfasersensorik am IGT (ETH Zürich) über die letzten 5 Jahre.

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Im täglichen Leben des einzelnen, erst recht jedoch im Zeitalter der Spezialisierung und der Arbeitsteilung ist es ein typisches Phänomen, daß sich der Geschäftsherr zum Abschluß eines Geschäfts eines Stellvertreters bedient, der sich um die Einzelheiten des Geschäfts kümmert und schließlich im Namen des Geschäftsherrn das Geschäft abschließt. Im Falle der generellen Formfreiheit der Vollmacht, wie sie 167 Abs. 2 BGB anordnet, führt dies jedoch dazu, daß bei formgebundenen Geschäften die Schutzfunktion der jeweiligen Formvorschrift wie z. B. die Warnfunktion oder der Übereilungsschutz vor bestimmten risikoreichen Geschäften allein den Vertreter trifft, nicht aber den vom Geschäft eigentlich betroffenen Geschäftsherrn. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht deshalb die Vorschrift des 167 Absatz 2 BGB und die Frage, ob diese Vorschrift, die die generelle Formfreiheit der Vollmacht regelt, ausnahmslos gilt oder unter bestimmten Voraussetzungen eine Einschränkung der Norm erfolgen kann und muß. Hierbei wurden die Lösungsansätze, die in der Literatur und Rechtsprechung bislang diskutiert werden, untersucht, und es wurde schließlich der Versuch gemacht, eine allgemein gültige, von Einzelfällen losgelöste Antwort auf diese Frage zu finden. Das Ergebnis wurde dann wiederum anhand der Einzelfälle auf seine Praktikabilität überprüft. Während im ersten Band die Verfahren zur Baugrunderkundung, zur Untersuchung der Bodeneigenschaften sowie die allgemeingültigen theoretischen Grundlagen zur Ermittlung der Spannungs- und Verformungseigenschaften des Bodens vorgestellt werden, geht es in Band 2 mehr um die praxisorientierten Grundlagen des Grundbaus und der Grundbaustatik.

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Der Ausbau der Infrastruktur sowie die Verdichtung in den Ballungsräumen führen dazu, dass die Bedeutung des Bauens in Boden und Fels sowie die Anforderungen bei der Errichtung unterirdischer Bauwerke zunehmen. Innerstädtische Bauaufgaben erfordern anspruchsvolle Verfahren des Spezialtiefbaus, um verformungsarme Baugruben und Gründungen in teilweise schwierigen Baugrundverhältnissen so herzustellen, dass Verkehrsflüsse kaum beeinträchtigt werden, Lärm- und Schmutzemissionen begrenzt sind und dennoch eine funktionierende Logistik eine planbare und wirtschaftliche Durchführung ermöglicht. In den letzten Jahren ist auf dem Markt ein verstärkter Einsatz von Baugrundverbesserungen mit Säulen bzw. pfahlähnlichen Elementen zu beobachten, deren wirtschaftliche Ausführung in enger Kombination mit der Maschinentechnik steht und deren Tragverhalten auf komplexen Interaktionen beruht. Im Zusammenhang mit dem Erhalt und Ausbau von Infrastrukturen sind Weiterentwicklungen im Tunnelbau und in der Tunnelsanierung sowie dem Erdbau, teilweise in Verbindung mit Verfahren zur Bodenverbesserung wesentliche Zukunftsthemen. Durch häufiger auftretende Extremwetterlagen werden in diesem Kontext verstärkt Maßnahmen zur Sicherung gegen Naturgefahren erforderlich, die neben wirtschaftlichen Anforderungen auch dem Umweltschutz gerecht werden müssen. Als weiterer Aspekt spielt der Einsatz bzw. die Schonung von Ressourcen eine maßgebliche Rolle. Dadurch ergeben sich bedeutende und interessante Fragestellungen für die Geotechnik, die beim 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels dargestellt und diskutiert werden. Plenarvorträge zu herausragenden Projekten und Weiterentwicklungen der Regelwerke und mehr als 50 Fachvorträge in drei parallelen Sitzungen werden hier zu aktuellen Themenschwerpunkten angeboten.

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Anton Pech, Robert Hofmann, Erik Würger
Gründungen
Baukonstruktionen, Band 3
2., Aufl.
2019, 200 S., 118 b/w and 161 col. ill., 33 b/w tbl. 242.00 mm, Hardcover
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Der Band liefert Basisinformationen und Darstellungen der Erdrucktheorien, die für eine erfolgreiche wirtschaftliche und konstruktive Planung unerlässlich sind. Bodenerkundung und Möglichkeiten und Grenzen von Flach- und Tiefgründungen werden nach aktuellem Stand der Praxis ebenso erläutert wie Bauweisen und Baumethoden. Die zweite Auflage des Einführungswerkes wurde um die Kapitel Baugrundverbesserung, Baugruben, Bauen im Wasser und Böschungen substanziell erweitert.

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Rudolf Floss
Handbuch ZTV E-StB
Kommentar und Kompendium Erdbau Felsbau Landschaftsschutz für Verkehrswege
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Die 5. Auflage des Handbuchs ZTV E-StB wurde vollständig überarbeitete und an das neue Regelwerk ZTV E-StB 17 angepasst. Die Leitlinien in Teil 1 beinhalten Grundsätze und gesetzgeberische Vorgaben zum Auftrags- und Vergabewesen sowie zum Schutz von Natur, Boden und Wasser. Die Kommentare in Teil 2 schließen sich der Gliederung des neuen ZTV E-Regelwerkes an. Die Regelungen werden im Einzelnen erläutert, die technischen und wirtschaftlichen Auslegungsspielräume erkennbar gemacht und der Wissens- und Erfahrungsstand in Verbindung mit den relevanten nationalen und europäischen Regelwerken vermittelt. Wichtige aktuelle Themen sind z.B.: - Fortentwicklung von Bauweisen im Erd- und Felsbau sowie Verbundbauweisen mit Geokunststoffen und Leichtbaustoffen, - Einführung des europäischen Normenwerkes über geotechnische Untersuchungen, - Nutzung neuer Baustoffe und besondere Sicherheitsbauweisen, - Verwertung von Bodenmaterialien und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen, - Maßnahmen zur Bodenreinigung, Schadstoffminderung und -abdichtung. Die Sonderkapitel in Teil 3 beinhalten Grundsätze und Wissenserfahrungen zu speziellen Themen, die im Zusammenhang mit den ZTV E-StB-Regelungen, insbesondere auch für den Bau kommunaler Straßen und ländlicher Wege, von Bedeutung sind (z.B. Umweltschutz, Landschaftspflege, Wasserabfluss von Verkehrsflächen, Hochwasservorsorge sowie Ersatzbaustoffe im Verkehrswegebau). Die drei Teile bilden in ihrer inhaltlichen Bindung und Verknüpfung mit den Allgemeinen und Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien sowie dem fortgeschriebenen Wissensstand eine Einheit als Gesamtwerk des Erd- und Felsbaues.

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Handbuch Geotechnik
Grundlagen - Anwendungen - Praxiserfahrungen
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Wie werden Böden klassifiziert? Wie kommt man zu einer Bettungsziffer? Welche Lastfälle sind im Deichbau maßgebend? Auf was ist bei der Ausschreibung einer Bohrpfahlgründung zu achten? Umfangreiche Informationen werden für die Anwendung strukturiert aufbereitet, hierbei werden auch Erfahrungswerte mitgeteilt. Grundlagen werden übersichtlich erläutert, die bodenmechanischen Hintergründe werden dabei streng beachtet. Materialmodelle werden so dargestellt, dass die Ermittlung ihrer Parameter aus Laborversuchen nachvollzogen werden kann. Die konzeptionelle Ausrichtung ist anwendungsorientiert, das Werk vermittelt das Fachwissen von Geotechnik-Ingenieuren für Ausbildung und Praxis.

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Forschungsberichte

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N. Vogt, C. Kellner
Überprüfung der konstruktiven Regeln für Gründungen in EN 1992-1-1 im Hinblick auf den nationalen Anhang mit 1. Ergänzung. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3131
2007, 23 S., 4 Abb., 4 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Derzeit wird die Einführung des EC 2 "Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken" vorbereitet. Im Kapitel 9.8 werden konstruktive Hinweise zu Gründungen behandelt. Diese Hinweise sollen im "Nationalen Anhang Deutschland", der derzeit formuliert wird, teilweise konkretisiert werden. Kapitel 9.8 "Gründungen" beschreibt die räumliche Schnittstelle zwischen dem Bauwerk und dem Baugrund, zusätzlich aber auch die fachliche Schnittstelle zwischen dem Massivbau und der Geotechnik. Neben der als zwingend anzusehenden Anforderung der fachlich richtigen Darstellung der Inhalte, sollte beim genannten Kapitel darüber hinaus Wert auf folgende Punkte gelegt werden: - Konstruktive Hinweise entsprechend dem aktuellen Stand der Technik, - Minimierung und Vereinheitlichung der Anzahl von konkret vorgegebenen Grenzwerten, - Unmissverständliche Wortwahl (Sprachgebrauch), - Konformität zu derzeitigen und künftigen Normen (z.B. Nationaler Anhang Deutschland des EC 7). Ziel des vorliegenden kleinen Forschungsvorhabens war die Überprüfung des vorliegenden Entwurfs hinsichtlich der oben genannten Punkte auf dem Gebiet der Geotechnik. Bei möglichen Überschneidungen und/oder Missverständnissen sollen Korrekturvorschläge gemacht werden. Zum ersten der genannten Punkte ist festzustellen, dass der "Stand der Technik" bei der konstruktiven Durchbildung von Gründungen in der Regel über die in den Normen und Zulassungen getroffenen Regelungen hinausreicht. Der "Stand der Technik" wird auf Basis von Forschungsarbeiten, Projekterfahrungen und firmeninternen Entwicklungen stetig fortgeschrieben, wobei der Wissenszuwachs in der Regel nur einem eingeschränkten Personenkreis zugänglich ist. In einem ersten Schritt wurden daher die Ergebnisse von relevanten Forschungsarbeiten, Projekten und Entwicklungen bei den entsprechenden Stellen abgefragt und zusammengetragen. Die in EC2, Kapitel 9.8 gemachten Angaben wurden anschließend hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit den abgefragten Daten geprüft. Dort wo Unverträglichkeiten oder

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Uwe Groß, Ulf Köhler, Ch. Juckenack, Helmut Zanzinger, Norbert Stuth, Karsten Kurch, Torsten Buchwald
Untersuchung des hydraulischen und mechanischen Langzeitverhaltens von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken
Bau- und Wohnforschung, Band F 2426
2003, 236 S., 114 Abb., 38 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In vielen Bereichen des Ingenieurbaus hat der Schutz erdberührter Bauwerke vor Bodenfeuchtigkeit und Wasser eine große Bedeutung. Dafür werden heutzutage die unterschiedlichsten Abdichtungs- und Dränelemente verwendet. Durch falsche Produktauswahl und -verarbeitung sind Bauschäden an erdberührten Bauwerken vorprogrammiert. Begründet durch einen sehr hohen Schadensanteil und die zunehmende Bedeutung von Abdichtungs- und Dränelementen, wurden Betrachtungen und Untersuchungen am System der Vertikaldränagen als notwendig erachtet. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde ein Großversuch zur Simulation der Einbaubeanspruchungen und der Beanspruchungen durch Bewegungen des Baugrundes von Geokunststoffen im Maßstab 1:1 entwickelt. Die in diesem Großversuch verwendeten Dränprodukte wurden parallel dazu am Süddeutschen Kunststoffzentrum (SKZ) in Würzburg hinsichtlich ihrer physikalischen und hydraulischen Eigenschaften untersucht. Der Bericht beinhaltet eine Zusammenstellung möglicher Ursachen des Versagens der Gebäudedränage. Die Schwerpunkte im Rahmen des Forschungsprojektes waren die Grundlagenermittlung, der Entwurf und die Durchführung des Großversuches sowie die Laboruntersuchungen. Die ausgewählten Materialien wurden dafür in den hierfür entwickelten Versuchsstand eingebaut und beansprucht; es erfolgte eine Beurteilung der einzelnen Dränagematerialien. In den Laboruntersuchungen wurden die Geokunststoffe im Originalzustand und nach erfolgter Beanspruchung durch den Großversuch im Labor des SKZ hinsichtlich ihrer physikalischen und hydraulischen Eigenschaften untersucht und beurteilt. Die Untersuchungen beruhen in der Regel auf akkreditierten Normen. Mehrere Ergebnisse, die sich im Großversuch zeigten, konnten ebenfalls in den verschiedenen Laborversuchen festgestellt werden. Die entsprechenden Erkenntnisse sind für die unterschiedlichen Dränageprodukte im Abschlussbericht zusammengefasst. Auszug der Ergebnisse: - Die Dränmatte darf nicht auf der Bitumen-Dickbeschichtung gleiten. - Zwischen Sickerkörper und Bitumen-

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Rolf Weißmantel, T. Henges, S. Muntean, W. Planck
Untersuchungen zur Sicherheit im Erd- und Grundbau, Kalibrierung der Teilsicherheitsbeiwerte der DIN 1054 Tl.100 unter Beachtung der Kombinationsregeln des Konstruktiven Ingenieurbaus, insbesondere von EC 2 und EC 3. Schlußbericht
Bauforschung, Band T 2843
1998, 544 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In Vorbereitung einheitlicher Normen innerhalb der Europäischen Union wurde in Deutschland u. a. DIN 1054-100 "Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau" als Vornorm veröffentlicht. In diesem Standard wird das Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte unter Zugrundelegung des probabilistischen Sicherheitskonzepts nach Eurocode 1 und Eurocode 7 vorgeschrieben. Gegenüber den herkömmlichen Sicherheitsbetrachtungen ergeben sich Änderungen, deren ganzes Ausmaß schwer überschaubar ist. Zur Beurteilung der Bauwerkssicherheit wurden deshalb Berechnungen nach altem und nach neuem Sicherheitskonzept sowie vergleichende Analysen erforderlich. Dazu liefert der Bericht einen Beitrag. Er enthält Parameterstudien und vergleichende Berechnungen einer Winkelstützmauer, Ortbetonwand, Trägerbohlwand, eines Tunnelrahmens, eines unter Auftrieb stehenden Trogbauwerks sowie der Standsicherheit einer Böschung. Auf eine ausführliche Darstellung sowie der Nachvollziehbarkeit der einzelnen Rechengänge wird in dem Bericht besonderer Wert gelegt. Es sind die Berechnungsgrundlagen angegeben und zu jedem der sechs Anwendungsbeispiele die Rechenresultate übersichtlich ausgewiesen.

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U. Smoltczyk, W. Sadgorski
Mitarbeit bei der internationalen Vereinheitlichung von technischen Baubestimmungen im Grundbau
Bauforschung, Band T 1706
1985, 258 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der erste Teil des Berichtes behandelt die Mitwirkung der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. (DGEG) in den Ausschüssen der Internationalen Gesellschaft für Bodenmechanik und Grundbau (ISSMFE) für Sondierungen, Baugrunderkundungen, Probenentnahmen, Software in der Geotechnik und Terminologie, ebenso wie die Mitwirkung in einer großen Anzahl von Arbeitsgruppen der Internationalen Gesellschaft für Felsmechanik. Der Gegenstand des zweiten Teiles des Berichtes ist die Ausarbeitung eines "model code" für den EUROCODE 7 für Gründungen, Stützbauwerke und Erdarbeiten durch eine gemeinsame Arbeitsgruppe der 9 nationalen Gesellschaften für Bodenmechanik und Grundbau der Mitgliedsländer der Europäischen Gemeinschaft. Zunächst führte die Arbeitsgruppe eine Bestandsaufnahme der nationalen Richtlinien der 9 Länder durch, deren Ergebnisse in einem Bericht zusammengefasst sind. Danach wurden die wichtigsten Besonderheiten des Inhalts des EUROCODES 7 behandelt und mit den Bestimmungen der deutschen Regelwerke verglichen (Grenzzustände, Methode der Teilsicherheitsbeiwerte, Geotechnische Kategorien).

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Zeitschriftenartikel

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Schäffer, Ralph
Sanierung von Schrumpfsetzungen
Der Bausachverständige, 2021

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Karcher, Christian; Imposimato, Silvia; Herle, Ivo
Auswirkungen von Strömungen auf lokale hydraulische Sicherheiten - Beispiele mit der FEM
Geotechnik, 2020

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Melsbach, Manuel; Kellermann?Kinner, Christine; Birle, Emanuel
Modellierung des Wasserhaushalts von Straßenböschungen in Lysimetern
Geotechnik, 2020

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Nagy, Peter; Adam, Dietmar; Redly, Julia
Innovative Pylonfundierung. Numerische Analyse der innovativen Pylonfundierung der Ada-Brücke über die Save in Belgrad
ÖIAZ. Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 2020

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Möller, Paula
Untersuchungen zur Quellempfindlichkeit veränderlich fester Gesteine bei der Verwendung als Erdbaustoff
Straße + Autobahn, 2020

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