In dieser Arbeit wird mittels numerischer Simulationen mit dem Programm Plaxis untersucht, welchen Einfluss die Art und der Grad der Entmischung eines weitgestuften Erdstoffes auf seinen Durchlässigkeitsbeiwert haben.
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Zusammenhang zwischen dem Durchlässigkeitsbeiwert und der Homogenität eines Bodens. Zunächst werden die wichtigsten Begriffe geklärt und der Boden als poröses System genauer beschrieben. Die Zusammenhänge zwischen Boden und Durchlässigkeit werden erläutert. Danach werden die einzelnen Labormethoden zur Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes nach DIN 18130-1 erklärt. Dann wird der Aufbau des Experiments sowie die Vorbereitungen und die Durchführung für den Versuch näher beschrieben. Am Ende werden die Ergebnisse dargestellt und ausgewertet.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Abgrenzung des Grundbruches und der Gesamtstandsicherheit bei Verkehrsdämmen auf gering tragfähigem Baugrund untersucht. Die zunehmende Bevölkerung und der damit verbundene Ausbau der Verkehrsinfrastruktur macht es nötig, auch in Gebieten mit schlechtem Baugrund Verkehrswege zu errichten. Ausgehend von diesen Bedürfnissen wurden zwei Versagensarten an Verkehrsdämmen näher analysiert, um sicherzustellen, dass auch diese Verkehrsdämme standsicher errichtet werden können. Schlechter Baugrund ist dann vorhanden, wenn dieser die Belastungen der Bauwerke nicht aufnehmen kann und es so schneller zum Versagen kommen könnte. Die zwei zu untersuchenden Versagensarten ähneln sich sehr in ihrem Bruchverhalten. Aus der Literatur wurden deshalb theoretische Grundlagen zum Grund- und Böschungsbruch mit dem Ziel erarbeitet, den Grund- und Böschungsbruch voneinander abzugrenzen. Genauer untersucht wurden dabei die bodenmechanischen Faktoren, die Einfluss auf die Versagenssicherheit haben. In beiden Versagensvorgängen haben die gleichen Bodenparameter Einfluss, das heißt die Scherfestigkeit, die Kohäsion und die Wichte. Beide Versagen sind bodenmechanisch gesehen dieselben Vorgänge, doch unterscheiden sie sich durch den Bereich, indem sie stattfinden. Der Grundbruch ist ein Versagen des Baugrundes, hingegen ist der Böschungsbruch ein Versagen des Dammes. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dass für den Grundbruch die Parameter des Baugrundes in den Nachweisen angesetzt werden und für den Böschungsbruch die des Dammes. Herausgearbeitete Fakten wurden mit Hilfe von Berechnungen, die an einem Beispieldamm durchgeführt wurden, unterlegt. Nach DIN 4017 und DIN 4084 wurden unter Zuhilfenahme der Rechenprogramme GGU-Stability und GGU-Footing verschiedene Nachweise geführt. Dabei wurden die Parameter des Baugrundes, die Grundwassersituation und der Zustand des Bodens variiert.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der geometrischen Suffosionsbeständigkeit von Erdstoffen. Mit dem wahrscheinlichkeitstheoretischen Ansatz der Perkolationstheorie wurde ein analytisches Verfahren gewählt, mit dem suffosive Materialtransportprozesse modelliert und quantifiziert werden können. Mit dem verwendeten Perkolationsmodell wurde eine beliebige Porenstruktur eines realen Erdstoffes im 3-Dimensionalen modelliert. Mögliche Materialtransportprozesse innerhalb der modellierten Porenstruktur wurden anschließend simuliert. Allgemein gültige Gesetzmäßigkeiten wurden hergeleitet und Grenzbedingungen formuliert. Diese sind vom Erdstoff unabhängig und beschreiben Zusammenhänge zwischen Materialtransport und Porenstruktur. Anwendbar sind diese Ergebnisse auf homogene, isotrope und selbstähnliche Erdstoffgefüge. Aussagen über konkrete Erdstoffe können über die Transformationsmethode erfolgen. Für die Verwendung der Transformationsmethode ist vorab die relevante Porenstruktur, d. h. die Porenengstellenverteilung, zu ermitteln.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der vergleichenden Analyse unterschiedlicher Berechnungsansätze zum hydraulischen Grundbruch. Diese wurden zunächst analysiert, an Beispielberechnungen angewandt und schließlich miteinander verglichen. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener Randbedingungen, allem voran der Baugrubenbreite, auf die Sicherheit gegen einen hydraulischen Grundbruch untersucht. Es werden Empfehlungen zur Anwendbarkeit verschiedener Näherungsansätze bei Vorhandensein bestimmter Einflussfaktoren gegeben.
Je besser die Vorbetrachtung und Gründungsuntersuchung, desto dauerhafter und günstiger wird das Ergebnis der Sanierung sein. Voreilige Überlegungen zur Schadensursache und sofortige Beseitigung sollen unbedingt vermieden werden. Aus diesem Grund wird anfangs der Arbeit ein grober Überblick durch zutreffende Vorarbeiten gegeben. Diese stellen die Interpretation des Schadenbilds, die Baugeschichte des Gebäudes, die zeitliche Entwicklung der Schäden, die Baugrundanalyse und die Grundwasseruntersuchung dar. Sie machen alle Prozesse aus, die vor einer Gründungserkundung stattfinden sollten. Aufgrund ihres Informationsgehalts will dann ein ingenieurfachlicher Untersuchungsplan erstellt werden, der auch eine angepasste Gründungserkundung (Art und Umfang) vorsieht. Kenntnis über frühere Bauweisen und Ausführungen, Technologien und deren Einsatz bei variierenden territorialen Besonderheiten sollten dem Fachingenieur vorher bekannt sein. Daher werden alle in der Historie relevanten vorkommenden Holzgründungsformen mit zeitlichem Entstehungsbezug bündig vorgestellt, wobei auch Erläuterungen zur statischen Wirksamkeit gegeben werden. Eine durch Erkundung hervorgegangene, treffende Analyse einer derartigen historischen Gründung ist nur möglich, wenn man sich mit den relevanten Eigenschaften des Baugrunds und des Holzes auseinandergesetzt hat. Bei Holz spielen vor allem die Art, das Alter und der Querschnitt eine wichtige Rolle bei Erkundungsprozessen. Sie erlauben bei einer Freilegung der Holzgründung und deren visuellen Begutachtung erste grobe Schlussfolgerungen auf die noch vorhandene Tragfähigkeit. Der Boden hingegen kann Aufschluss über seine Wasserhaltung und Setzungsempfindlichkeit bei Grundwassersenkung geben. Die Beschreibung der Vorgehensweise zur Sichtung und deren Ausführungsarten soll dazu dienen, wirtschaftlich konstruktive und statische Gegebenheiten sorgfältig und richtig zu erfassen. Des Weiteren soll eine genaue Recherche der Art und des Tragprinzips sowie des Zustands der historischen Holzgründung möglich sein. Am Ende der Arbeit sollen dann alle Ergebnisse der Erkundungsmethoden zusammengefasst und bewertet werden. Sie dienen dann zur Analyse und Bewertung von Schäden an Holzgründungen und sollen des Weiteren adäquate und möglichst wirtschaftliche Sanierungslösungen zur Folge haben. Die Arbeit selbst stellt nur einen kleinen Beitrag eines Leifadens dar, der als Ergebnis die Bewertung von Holzgründungen vorsieht. Der hier aufgeführte Teil des Leitfadens beschäftigt sich mit allen Schritten, die vor einer Materialschadensanlyse ausgeführt werden sollten und legt sein Hauptaugenmerk auf die Erkundung.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den bodenmechanischen Ursachen von Gründungsschäden sowie Techniken zu deren Sanierung. Kernaufgabe ist es, einen Auswahlprozess zu entwickeln, mit dem im konkreten Schadensfall das zweckmäßigste technische Verfahren zur Sanierung bestimmt werden kann. Hierzu werden zunächst mögliche Schadensursachen katalogisiert. Anschließend werden die gegenwärtig in Deutschland gebräuchlichsten Sanierungstechniken analysiert und einander gegenübergestellt. Zur Ermittlung der geeignetsten Sanierungstechnik in einem realen Projekt wird ein allgemeiner zweistufiger Entscheidungsalgorithmus vorgeschlagen. Dieser setzt sich aus einem Entscheidungsbaum mit anschließender Nutzwertanalyse zusammen. Ergebnis des Algorithmus’ ist ein Ranking, welches die infrage kommenden Techniken nach ihrem Nutzen für die Sanierung ordnet. Anhand zweier Praxisbeispiele - dem Schloss Schwerin und der St. Jacobi-Schlosskirche in Osterode am Harz - wird abschließend die Wirkungsweise des Algorithmus demonstriert. Ergebnis der Arbeit ist, dass die Formulierung eines allgemeinen entscheidungsbaumes, der jedwede Eventualität einer speziellen Bauaufgabe berücksichtigt, nahezu unmöglich ist. Der entwickelte Entscheidungsbaum ist mitunter noch zu ungenau um die Auswahl an Techniken ausreichend einzuschränken. Die darum als zweite Stufe etablierte Nutzwertanalyse erwies sich als effiziente und transparente Entscheidungshilfe. Bei ihr ist jedoch die Gefahr einer subjektiven Beeinflussung der Entscheidung durch den Planer gegeben. In einem konkreten Projekt könnte durch eine Verfeinerung des Baumes seine Selektion wesentlich verbessert werden, so dass am Ende nur eine einzige Technik als zweckmäßigste ausgewiesen wird. Eine Nutzwertanalyse könnte in diesem Fall als zweite Stufe entfallen.
Aus den beidseitigen Wassereinstau von Flussdeichen, resultieren neue Belastungssituationen innerhalb eines Flussdeiches. Die neu eintretenden Wechselwirkungen von Erdstoffschichten mit der Sickerströmung können an der Grenzschicht von einer bindigen zu einer nichtbindigen Erdstoffschicht zum Materialtransport führen. Der Austrag von Feinmaterial aus der Dichtungsschicht (Basisschicht) kann mit Erdstofffiltern (Filterschicht) bestimmter Kornzusammensetzung verhindert werden. Bei diesem Vorgang wird das feine Material bei Durchströmung der Filterschicht an der Oberfläche bzw. im Inneren einer Filterschicht abgetrennt bzw. am Transportvorgang zurückgehalten. In dieser Forschungsarbeit wurden durch Versuche die Ansätze zur geometrische Stabilität herausgearbeitet. Die Auswertung der Versuchsergebnisse bezog sich auf die initiale Wasserdurchlässigkeit, auf die Filtercharakteristik sowie die Wasserdurchlässigkeit bei Suspensionsströmung und die Betrachtung der geometrischen Stabilität des Systems aus Suspension und Filter.
Die Wiedernutzung von durch verkippten Abraum geprägten Flächen ehemaliger Braunkohletagebaue als Bauland hat in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Aufgrund der durch die Verkipptechnologie entstandenen Inhomogenität es Baugrundes, ist mit starken Schwankungen der bodenmechanischen Eigenschaften zu rechnen. Dies macht den Umgang mit solchen Kippenböden schwierig. Dennoch hat es bis zum jetzigen Zeitpunkt einige Projekte gegeben, die die Bebauung von Tagebaukippen beinhaltet haben. Das in dieser Arbeit behandelte Projekt umfasst den Neubau einer Erschließungsstraße, die teilweise über eine Braunkohletagebaukippe führt. Für den Verkehrsdamm, gegründet auf Kippenboden, ist in dieser Arbeit eine Setzungsprognose zu erstellen. Dazu müssen zunächst vorhandene Daten der Baugrunderkundung und Bauplanung erfasst und ausgewertet werden. Für die Setzungsberechnung relevante Baugrund- und Materialparameter und Maße werden zunächst zusammengefasst. Neben seiner Inhomogenität ist besonders die makroporige Struktur des Baugrundes durch Klumpenbildung entscheidend. In einem weiteren Schritt werden die Messdaten aus dem Setzungsmonitoring ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Messungen dienen zum einen dem Vergleich mit den durch Berechnung oder Abschätzung ermittelten Setzungen und zum anderen der Kalibrierung oer Rückrechnung der Steifemodule im analytischen Berechnungsteil. Das Setzungsverhalten von Verkehrsdämmen auf Tagebaukippen ist grundsätzlich durch die große Verformbarkeit des Kippenbaugrundes unter Belastung geprägt. Aber auch die Setzungsanteile aus Eigensetzung der Kippe und des Dammes müssen in die Betrachtungen einbezogen werden. Dazu gibt es Abschätzungen und einfache Formeln auf Basis von Erfahrungswerten. Eine Besonderheit stellen eventuelle Sättigungssackungen des Kippenbodens resultierend aus dem Wiederanstieg des Grundwassers dar. Für diesen Verformungsanteil existiert lediglich ein Abschätzungsansatz aus Erfahrungswerten. Die Addition der einzeln ermittelten Verformungsanteile führt dann zur Setzungsprognose mithilfe konventioneller Verfahren. Mit dem Programm PLAXIS wird im nächsten Schritt eine numerische Berechnung der Dammsituation in den betrachteten Berechnungsschnitten durchgeführt. Relevante Materialmodelle und die Wahl der Parameter werden beschrieben und begründet. Im Zuge der Bearbeitung kommen das Mohr-Coulomb-Modell, das Hardening-Soil-Modell und das Soft-Soil-Modell zur Anwendung. Die berechneten Setzungen werden miteinander und mit den gemessenen Setzungen verglichen, um ihre Tauglichkeit für den Sonderfall der Tagebaukippen zu bewerten. Im Sinne einer Baugrundverbesserung existiert eine Vielzahl an Maßnahmen, die reduzierend oder beschleunigend bezogen auf die Verformungen des Baugrundes wirken. Auf diese Verfahren wird in einem abschließenden Abschnitt näher eingegangen. In einer kritischen Bewertung wird projektspezifisch ihre Tauglichkeit bzw. Anwendbarkeit geprüft.
Analyse von Einflussparametern auf bogenförmige überschnittene Bohrpfahlwände mit mehreren unbewehrten Zwischenpfählen
(2012)
