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Zeit- und spannungspfadabhängiges Verformungsvehalten bei Baugruben in weichen Böden


Project Details
Project duration: 10/200509/2009


Abstract
Die Herstellung von Baugruben in weichen Böden ist insbesondere im innerstädtischen Bereich mit angrenzender Nachbarbebauung immer mit Verformungen verbunden, die nicht zu vermeiden sind. Die Baugrund-Tragwerk-Interaktion ist dabei von vielen Einflussfaktoren abhängig. In der vorliegenden Arbeit wurde daher das Materialverhalten der weichen Böden hinsichtlich der Verformungen unter besonderer Berücksichtigung charakteristischer Belastungssituationen, die bei der Herstellung von Baugruben entstehen, wissenschaftlich mit experimentellen und numerischen Methoden untersucht.

Die Forschungsarbeit lässt sich in drei aufeinander aufbauende Bearbeitungsschwerpunkte gliedern. Mit umfangreichen Baugrubenmodellversuchen zur qualitativen Beurteilung der Baugrund-Tragwerk-Interaktion wurde als erste Hypothese eine Abgrenzung des Beanspruchungsbereiches des Bodens durch die horizontale Wandverformung auf der Grundlage der durchgeführten Spannungsmessungen identifiziert.

In dem zweiten Schwerpunkt wurden mit einer numerischen Parameterstudie an drei idealisierten Verbaukonstruktionen die sensitiven Eingabeparameter des verwendeten höherwertigen Bodenmodells herausgearbeitet. Ferner konnten charakteristische Spannungsverlaufszonen abgeleitet werden, die das zeitabhängige Verformungsverhalten maßgebend beeinflussen.

Das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der weichen Böden wurde im dritten Schwerpunkt mit Elementversuchen untersucht. Besonders hervorzuheben sind hier die spannungspfadgesteuerten Triaxialversuche mit Proben von normalkonsolidiertem Kaolin und ungestörtem Seeton. Als wesentliche neue wissenschaftliche Erkenntnis ist die ausgeprägte Abhängigkeit der Steifigkeit von den Spannungspfaden hervorzuheben. Im Mittel ergab sich eine um den Faktor 5 erhöhte Steifigkeit gegenüber den standardmäßigen Werten bei einer Kompressionsbelastung.

Abschließend wird eine Methode vorgestellt, die eine Berücksichtigung der spannungspfadabhängigen Steifigkeit entsprechend den charakteristischen Spannungsverlaufszonen ermöglicht. Unter Berücksichtigung der zeitlichen und räumlichen Effekte bei der Herstellung von Baugruben in weichen Böden konnte das zeit- und spannungspfadabhängige Materialverhalten in einer numerischen Analyse von drei schwierigen Baugrubenprojekten in weichen Böden in der Nähe des Bodensees auf der Grundlage von umfangreichen baubegleitenden Messergebnissen vali-diert werden. Die vorgestellte Methode beschreibt somit für die Berechnung von Baugruben in weichen Böden eine Optimierung, die für zukünftige Projekte bei vergleichbaren Randbedingungen besser abgesicherte Prognosen der Beanspruchungen und besonders der zu erwartenden Verformungen ermöglicht.


Principal Investigator


Publications

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