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Die Beschreibung und Modellierung des Baugrundes erweist sich aufgrund seiner Genese als schwierig. Diese Tatsache soll am Beispiel eines Gründungsentwurfs, durch die Gegenüberstellung zweier unterschiedlicher Modellansätze demonstriert werden. In diese Betrachtung gehen zum einen "Subjektive Schätzungen" und zum anderen "[Geo]Statistische Baugrundmodelle" ein. Die Bemessung erfolgt anhand einer identischen Ausgangsdatenbasis. Im Ergebnis zeigen sich große Abweichungen zwischen beiden Modellansätzen, die sich auf unterschiedlichen Umgang mit den streuenden Baugrundkenngrößen zurückführen lassen. Die streuenden Baugrundkenngrößen werden bei den "Subjektiven Schätzungen" durch einen einzigen, ungünstig wirkenden Kennwert repräsentiert, der die Eigenschaften eines Homogenbereichs beschreibt. Bei den "[Geo]Statistischen Baugrundmodellen" werden die Baugrundkenngrößen in ihrer Streubreite erfasst, ausgewertet und mit der Monte-Carlo-Simulation in der Grenzzustandsfunktion berücksichtigt.

Die Literaturrecherche beinhaltet eine Definition des untersuchten bindigen Bodens. Anschließend wird eine Übersicht der aktuellen Feuchtemessverfahren gegeben und es folgt ein Vergleich des ERT- gegenüber dem TDR-Verfahren. Beide werden schlussendlich bewertet.

In der Diplomarbeit wurde der Schüttstoff Lößlehm aus Bad Vilbel systematisch untersucht. Die Anforderungen wurden definiert und eine Rezeptur der Verbesserung von Lößlehm erarbeitet. Es wurden unterschiedliche Bindemittel auf ihre Wirkung untersucht und Bodenverbesserungen mit unterschiedlichen Bindemitteln aufgelistet. Abschließend wurde eine Simulation der Effektivität einer Bodenverbesserung mit Plaxis durchgeführt.

Das Ziel der Arbeit war es, die Standsicherheit eines Bahndammes im Vergleich der in Deutschland gültigen Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) zu untersuchen. Sollte sich dabei herausstellen, dass der Bahndamm in der gegebenen Situation die Standsicherheitsanforderungen nicht erfüllt sollten verschiedene Sanierungsvarianten vorgeschlagen und für eine Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise durchgeführt werden. Zunächst wurden die Allgemeinen Grundlagen der zur Zeit in Deutschland gültigen Vorschriften erläutert und anschließend auf das konkrete Projekt bezogen gegenübergestellt. Es stellte sich heraus, dass die Anforderungen an die Standsicherheit bei Berechnung nach beiden Vorschriften nicht erfüllt werden konnten. Somit war es notwendig für die gegebene Situation mögliche Sanierungsvorschläge zu entwickeln. Diese wurden anschließend kurz vorgestellt und erläutert. Schließlich wurden für die Vorzugsvariante die wichtigsten Nachweise im Vergleich der Vorschriften (DIN 1054 und Eurocode 7) durchgeführt und verglichen.

Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen auftretenden thermischen Effekte und ihres Einflusses auf Wasser- und Wasserdampftransporte im Boden. Die Erwärmung beruht vorrangig auf einer chemischen Reaktion, bei der das dem Boden zugemischte Calciumoxid mit Bodenwasser unter Freisetzung von Wärmeenergie zu Calciumhydroxid reagiert. Hierzu wurden zunächst die thermischen Eigenschaften feinkörniger Böden und ihre Beeinflussung durch das Herstellen des Bindemittel-Boden-Gemisches in situ untersucht. Weiterhin wurden Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der chemischen Reaktion und zur Größe der dabei freigesetzten Reaktionswärme vorgenommen. Mit dem Vorhaben, die mit der Säulenherstellung einhergehenden Temperaturfeldänderungen zu erfassen, wurden danach die thermischen Anfangs- und Randbedingungen des Bodens und der Bodenoberfläche untersucht und festgelegt. Anschließend wurden die zeitabhängigen Temperaturfeldänderungen auf der Grundlage der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung mit Hilfe des Finite-Elemente-Methode Programms Ansys® 6.1 numerisch simuliert. Das Finite-Elemente-Modell wurde durch die Nachrechnung von Feldversuchen verifiziert. Im Rahmen der Finite-Elemente-Berechnungen wurde die infolge der Hydratation des Branntkalkes stattfindende Erwärmung des Bindemittel-Boden-Gemisches und des angrenzenden Bodens simuliert und hinsichtlich relevanter Einflussgrößen überprüft. Untersucht wurde der Einfluss herstellungsbedingter Faktoren wie Bindemittelkonzentration, Säulendurchmesser und Säulenanordnung sowie der Einfluss natürlicher Faktoren wie Trockendichte und Sättigungsgrad des Bodens. Die mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ermittelten zeitabhängigen, im Boden auftretenden Temperaturgefälle bilden die Grundlage für die Untersuchung der thermisch bedingten Wassertransportvorgänge in der Stabilisierungssäule und deren Umfeld. Zu diesem Zweck wurde die durch die Temperaturfeldbeeinflussung geänderte energetische Situation des Bodenwassers analysiert. Auch nicht-thermische, infolge der Säulenherstellung auftretende Effekte wie die durch den >Stopfeffekt< bedingte lokale Sättigungsänderung und die Beeinflussung des osmotischen Potentials einschließlich der daraus resultierenden Wasserbewegungen wurden berücksichtigt. Alle thermisch verursachten Wasser- und Dampfflüsse bewirken ein Abströmen von Porenwasser aus dem stabilisierten Erdkörper in den umliegenden Boden. Baupraktisch bleiben die durch thermische Einflüsse hervorgerufenen Wassertransportvorgänge aufgrund ihres geringen Betrages jedoch unbedeutend. In abschließenden Temperaturfeldberechnungen wurden die thermischen Bodenkennwerte an die sich zeitlich verändernde Wassersättigung des Bodens angepasst. Anhand der ermittelten Temperaturverläufe wurde aufgezeigt, dass der Einfluss der Sättigungsänderung auf die Berechnungsergebnisse sehr gering ist, und damit die Voraussetzung für die vorangegangene entkoppelte Betrachtung des Wärme- und Massestromes erfüllt ist. Aufgrund dieser Ergebnisse muss der mehrfach in der Literatur zitierte, auch mit der tiefgründigen Bodenstabilisierung in Zusammenhang gebrachte, Einfluss der Erwärmung auf die Verdunstung des Bodenwassers kritisch betrachtet und in Frage gestellt werden. Voraussetzung hierfür ist der Transport von Wasser an die Bodenoberfläche. Nennenswerte, auf Temperatureinflüssen beruhende Wasserbewegungen sind, wie die Berechnungsergebnisse gezeigt haben, nicht zu erwarten. Weitere Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung von Branntkalk-Boden-Säulen und deren Vorhersage sollten sich daher auf die mechanischen Effekte und auf die mineralogisch-chemischen Prozesse, wie die puzzolanischen Reaktionen, und die Möglichkeiten ihrer Prognose konzentrieren. Die Berechnungen haben gezeigt, dass die Temperaturentwicklung in der Stabilisierungssäule im Wesentlichen durch die Bindemittelkonzentration, und ihr Auskühlungsverhalten vorrangig durch ihre geometrischen Abmessungen bestimmt wird. Diese Sachverhalte sind von den Bodenparametern, der für die Stabilisierung in Frage kommenden Böden, weitestgehend unabhängig. Temperaturmessungen stellen daher ein geeignetes Mittel zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Branntkalk-Boden-Säulen dar, mit deren Hilfe sich Inhomogenitäten bei der Bindemittelverteilung oder Störungen beim Hydratationsvorgang (Ablöschen des Branntkalkes) nachweisen lassen. Entsprechende Hilfsmittel wurden angegeben.

In this study, the behavior of a widely graded soil prone to suffusion and necessity of homogeneity quantifi cation for such a soil in internal stability considerations are discussed. With the help of suffusion tests, the dependency of the particle washout to homogeneity of sample is shown. The validity of the great infl uence of homogeneity on suffusion processes by the presentation of arguments and evidences are established. It is emphasized that the internal stability of a widely graded soil cannot be directly correlated to the common geotechnical parameters such as dry density or permeability. The initiation and propagation of the suffusion processes are clearly a particle scale phenomenon, so the homogeneity of particle assemblies (micro-scale) has a decisive effect on particle rearrangement and washout processes. It is addressed that the guidelines for assessing internal stability lack a fundamental, scientifi c basis for quantifi cation of homogeneity. The observation of the segregation processes within the sample in an ascending layered order (for downwards fl ow) inspired the author to propose a new packing model for granular materials which are prone to internally instability. It is shown that the particle arrangement, especially the arrangement of soil skeleton particles or the so-called primary fabric has the main role in suffusiv processes. Therefore, an experimental approach for identifi cation of the skeleton in the soil matrix is proposed. 3D models of Sequential Fill Tests using Discrete Element Method (DEM) and 3D models of granular packings for relative, stochastically and ideal homogeneous particle assemblies were generated, and simulations have been carried out. Based on the numerical investigations and in dependency on the soil skeleton behavior, an approach for measurement of relevant scale, the so-called Representative Elementary Volume (REV) for homogeneity investigation is proposed. The development of a new testing method for quantifi cation of homogeneity is introduced (in-situ). An approach for quantifi cation of homogeneity in numerically or experimentally generated packings (samples) based on image processing method of MATLAB has been introduced. A generalized experimental method for assessment of internal stability for widely graded soils with dominant coarse matrix is developed, and a new suffusion criterion based on ideal homogeneous internally stable granular packing is designed. My research emphasizes that in a widely graded soils with dominant coarse matrix, the soil fractions with diameters bigger than D60 build essentially the soil skeleton. The mass and spatial distribution of these fractions governs the internal stability, and the mass and distribution of the fi ll fractions are a secondary matter. For such a soil, the homogeneity of the skeleton must be cautiously measured and verified.

Der Baugrund ist durch seine geologische Entstehung und verschiedener anthropogener Einflüsse geprägt. Dadurch ist er in seinen physikalischen und geometrischen Eigenschaften inhomogen. Aufgrund des oftmals geringen Erkundungsumfangs durch wenige punktförmige Aufschlüsse unterliegen die Baugrunddaten einer zufälligen und systematischen räumlichen Streuung. Die Unsicherheit der Messergebnisse ist u.a durch Fehlerquellen in den Messverfahren, in den empirischen Beziehungen zur Bestimmung der Baugrundparameter und bei der Datenbearbeitung sowie in der Heterogenität des Mediums Boden begründet. In der Praxis werden aus den Erkundungsergebnissen des Baugrundes Schichtenverzeichnisse erstellt, in denen Homogenbereiche definiert werden können. Mittels definierter Schichtmächtigkeiten oder festgelegter Schichtgrenzen lässt sich ein dreidimensionales geologisches Schichtenmodell aufbauen, das aus mehreren miteinander verbundenen zweidimensionalen Datensätzen besteht. Für Interpolationen innerhalb eines Untersuchungsraumes im geologischen Modell haben sich geostatistische Methoden als geeignet erwiesen. Die Modellierung des Baugrundes mit Hilfe von geostatistischen Verfahren in der Praxis geschieht bisher in der Regel auf der Annahme deterministischer Eingangsgrößen. Die Untersuchung des Einflusses streuender und unsicherer Ausgangskennwerte auf die Ergebnisse der einzelnen Stufen der geostatistischen Modellbildung erlaubt eine bessere Beurteilung der Berechnungsergebnisse. In der Geotechnik wird deshalb versucht, die Vorteile geostatistischer Verfahren in bodenmechanische Nachweise einzubeziehen. Bodenkenngrößen können damit qualifizierter und mit verbesserter Aussagesicherheit in die Gründungsberechnungen und Nachweise eingehen. Baugrunderkundungen sind ein Kostenfaktor bei der Entwicklung und Durchführung eines Bauprojektes. Der Baugrund kann deswegen unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit nur an wenigen Stellen untersucht werden. Großflächige Areale, die z.B. für eine Ansiedlung von Industrie und Gewerbe vorgesehen sind, werden im Rahmen einer Vorerkundung punktuell beprobt. Sind dann innerhalb von Lokalbereichen konkrete Projekte geplant, werden diese Flächen in einer Nacherkundung detailliert und spezifisch untersucht. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Strategien, die es erlauben, unter Einbeziehung von Ergebnissen aus Vorerkundungsuntersuchungen und anderen zusätzlichen Informationsquellen eine optimale Anordnung der Punkte für eine Nacherkundung eines Lokalbereiches mit möglichst geringen zusätzlichen Kosten zu finden. Mit Hilfe einer optimierten Messnetzkonstellation und einer verbesserten Aussagekraft der Messwerte soll die Aussagesicherheit der räumlichen Schätzung der Baugrundkenngrößen an unbeprobten Orten verbessert und gesteigert werden. Hierzu gilt es die Unsicherheiten aus dem Messnetz und aus den Baugrundkenngrößen zu analysieren, miteinander zu verknüpfen und Strategien zur Reduktion der Unsicherheiten zu entwickeln.

Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Aufnahme und die Beschreibung des Trennflächengefüges sowie die eigentliche Untersuchung der Standsicherheit mit einem für diesen Steinbruch geeigneten Verfahren. Es wird auf die Versagensmechanismen bei Böschungen im Fels eingegangen und eine Auswahl relevanter Berechnungsquerschnitte aufgezeigt. Abschließend werden bautechnische Möglichkeiten der Hangstabilisierung und Verankerungen abgehandelt.

Durch Verwitterungsprozesse, klimatische Einwirkungen sowie durch Einflüsse des Verkehrs nimmt die Standsicherheit von Felsböschungen bei ungünstigen Gebirgsverhältnissen im Laufe der Zeit stark ab. Die Diplomarbeit behandelt den Entwurf solcher Sicherungsmaßnahmen für ein konkretes Projekt an einem Straßeneinschnitt der Bundesstraße B3 bei Hann. Münden. Es wurden die geotechnischen Aufgaben und die gebirgsmechanische Situation beschrieben und anschließend anhand einer Zustandsanalyse die generelle Gefährdung beurteilt. Weiter wurden verschiedene Sicherungsmöglichkeiten im Felsbau sowie eine entwurfsmäßige Ausarbeitung der Baumaßnahme einschließlich Darstellung der Kosten und des Bauablaufes aufgezeigt.

Kippenböden weisen sensible, künstliche geschaffene, Bodenstrukturen auf. Im Zusammenhang mit einer Bebauung liegen keine verallgemeinerungsfähigen Erfahrungen vor. Die bekannten deterministischen Beschreibungsmöglichkeiten können auf derartige variable Bodenstruktur nicht angewandt werden. Setzungsberechnungen mit Mittelwertannahmen sind nicht hinreichend genau. Daher soll der Übergang zur statischen Betrachtungsweise die streuenden Bodenkenngrößen besser erfassen, um deren Einfluss besser zu untersuchen. In dieser Diplomarbeit wird mit einem stochastischen Ansatz das Problem der Setzungsprognose exemplarisch untersucht. Da die maßgeblichen Baugrundparameter auf engsten Raum in Größenordnungen streuen können, folgt daraus unmittelbar die Frage nach der Feststellung der relevanten Kennwerte. Die Einbeziehung von bekannten statischen Konzepten soll zuverlässige Standsicherheitsuntersuchungen im Rahmen der Bebauung von rekultivierten Tagebaulandschaften ermöglichen. Zur Lösung geomechanischer Aufgabenstellung werden numerisch oder analytische Berechnungsverfahren verwendet. Die qualifizierte Einbindung des Baugrundes in Form eines Baugrundmodells, ist in der Geotechnik vom verwendeten Berechnungsverfahren abhängig.

An einem typischen Geschiebemergel Norddeutschlands wurde im Ausgangszustand und nach Verbesserung des Bodens mit Bindemitteln die Scherfestigkeit untersucht. Die Festigkeitsparameter wurden durch Rahmenversuche und Druckversuche ermittelt. Ziel der Arbeit war die Untersuchung und Beschreibung des Stoffverhaltens an stabilisierten Böden. Insbesondere wurde die Gültigkeit des Mohr-Coulombschen Bruchverhaltens wie auch der Einfluss des Spannungszustandes auf die Scherfestigkeit untersucht. Die Eignung und die Anwendungsgrenzen der einzelnen Versuchstechniken wurden ermittelt und vor dem Hintergrund baupraktischer Beanspruchungen diskutiert.

Untersuchungsgegenstand sind Pfahlgründungen als wichtigste Formen der Tiefgründung. Die Diplomarbeit gibt einen systematischen Überblick über die heute gebräuchlichen Pfahlarten. Dabei werden die Pfähle unter statischen, konstruktiven und technologischen Aspekten betrachtet. Aktuelle Weiterentwicklungen und Trends im technologischen Bereich finden Beachtung. Zusammenfassend werden allgemeine Hinweise zur technischen und wirtschaftlichen Auswahl des Pfahlsystems gegeben. An einer praktischen Gründungsaufgabe wird der komplexe Entwurfsprozess dann exemplarisch durchgeführt. Es werden Gründungskonzepte für einen Experimentalbau entwickelt. Ziel ist die Auswahl einer Vorzugslösung, die Statik, Konstruktion, Technologie und Wirtschaftlichkeit für den gegebenen Standort optimiert. Diese günstigste Entwurfsvariante wird anschließend hinsichtlich Konstruktion, geotechnischer Berechnung, Technologie, Leistungsbeschreibung und Kostenermittlung weiterbearbeitet. Dabei kommen die aktuellen deutschen Normen bzw. DIN-Entwürfe zur Anwendung. So wird die Tragfähigkeit mit dem Normentwurf zur DIN 1054, die wie die Vornorm DIN V 1054-100 auf dem Teilsicherheitskonzept basiert, auf Grundlage von Erfahrungswerten untersucht, da zunächst keine vergleichbaren Probebelastungen nutzbar sind.

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 Entstehung des Baugrundes ist geprägt durch die Genese und von anthropogenen Einflüssen. In der Arbeit werden auf der Grundlage isotroper Betrachtungen im Halbraum Prognosen für unbeprobte Bereiche eines linienförmigen Bauwerkes erstellt. Aufbauend auf dem bekannten Algorithmus der Geostatistik werden Berechnungen mit deterministischen Eingangsgrößen durchgeführt. Diese sind in einem Datensatz zusammengefasst und gehen ohne Unterteilung bzw. Bildung von (Homogen)Bereichen in die Schätzungen ein. Zur Anwendung kam dabei die an der Professur Grundbau der Bauhaus-Universität Weimar entwickelte Software GeoStat. Nach der Variogrammanalyse folgten geostatistische Berechnungen mit dem Ordinary und dem Universal Kriging. Der genutzte Datensatz unterlag dabei mehrfachen Modifikationen, um Unterschiede in der Ergebnisbildung beobachten zu können. Die Krigingschätzungen wurden für subjektiv ausgewählte Beprobungspunkte erstellt, die mit Referenzprofilen verglichen werden konnten. Im Ergebnis traten für alle durchgeführten Simulationen erhebliche Abweichungen der berechneten Werte zu den Referenzprofilen auf. Die Verwendung von Datensätzen ohne eine vorherige Bearbeitung und Unterteilung in Homogenbereiche erweist sich als nicht ratsam. Vielmehr ist es notwendig kompliziertere Krigingvarianten einzusetzen bzw. die benutzten Methoden mit anderen Verfahren zu kombinieren.

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.

Zahlreiche Hochwasserereignisse führten in den letzten Jahren zu großen wirtschaftlichen Schäden, vor allem durch das Versagen von Hochwasserschutzdeichen HWD. Aus diesem Grund wurden großformatige Erkundungen bestehender Hochwasserschutzdeiche durch die Länder angeordnet. Ziel der Erkundungen sollte es sein, die Standsicherheit der HWD zu beurteilen. Daher sollten die möglicherweise auftretenden Versagenszustände bekannt sein und die zur Beurteilung wichtigen bodenmechanischen Parameter. Für eine umfassende Erkundung des Deichkörpers und seines Untergrundes müssen mehrere Schritte durchgeführt werden. Erst durch die Kombination mehrerer Erkundungsmethoden ist es möglich ein ganzheitliches Baugrundmodell aufzustellen und die notwendigen bodenmechanischen Parameter zu ermitteln. Als Voruntersuchung kommt dafür die Geophysik in Frage. Die Relevanz der einzelnen Methoden wird in dieser Arbeit vorgestellt. Im Anschluss daran sollte eine Erkundung mit konventionellen Methoden erfolgen. Mit den Ergebnissen wird das Baugrundmodell aufgestellt und die wichtigen bodenmechanischen Parameter ermittelt. Ziel dieser Arbeit war es, eine Vorgehensweise zu Erkundung von Hochwasserschutzdeichen aufzustellen.

The report is part of the research project 'TAILSAFE'. The project is supported by the european union. Basics of design and investigation procedures are presented within the report. Furthermore possible applications of design and investigation procedures are evaluated concerning to a smooth work during all using phases of a tailings facility, that is the planning and execution. Finally recomendations are given to optimise the handling with significant standards.

Kurzfassung Das Messprinzip faseroptischer Sensoren beruht auf der Tatsache, dass durch eine Faser Licht geleitet wird. Aufgrund externer Einflüsse, die physikalischer, chemischer oder auch anderer Art sind, werden die Eigenschaften des Lichtes, wie z.B. die Wellenlänge oder auch die Intensität geändert. Diese Veränderungen können von einem Messsystem für sofortige oder auch spätere Analysen aufgenommen werden. Bei der Kostenbetrachtung eines Bauwerkes sollten nicht nur die für die Erstellung notwendigen Kosten, sondern auch die Kosten zum Unterhalt und zur Instandhaltung betrachtet werden. Um die zu erwartenden Kosten im Falle einer Sanierung und Instandsetzung zu reduzieren, müssen notwendige Verfahren bereits bei der Errichtung von Bauwerken angewandt werden. Ein solches Verfahren ist die permanente Bauwerksüberwachung (Monitoring). Sie dient einerseits zur Sicherstellung der Nutzungsfähigkeit des Bauwerkes und soll andererseits vor allem während der Bauzeit die Möglichkeit bieten, Veränderungen die ohne geeignete Gegenmaßnahmen zu Schäden führen können, rechtzeitig zu erkennen. Bereits in der Planungsphase eines Bauwerks sollte geprüft werden, ob die Anwendung einer Bauwerksüberwachung sinnvoll und notwendig ist. Dabei sind die für die Errichtung auftretenden Baukosten den notwendigen Kosten für die Installation und den Betrieb eines solchen Verfahrens gegenüber zu stellen. Die Folgekosten, die bei einem eventuellen Schaden am Bauwerk und somit einer Instandhaltung bzw. Sanierung anfallen würden, sollten nicht außer Acht gelassen werden. Im Rahmen dieser Arbeit ist die Anwendbarkeit faseroptischer Sensoren im Bauwesen und speziell in der Geotechnik bei Pfahlgründungen untersucht worden. Bei der Qualität der zu erfassenden Messwerte zeigen FOS kaum Unterschiede zu den herkömmlichen Sensoren. Erst bei weiteren Betrachtungen der Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten FOS ergeben sich deutliche Vorteile gegenüber herkömmlicher Sensorik. Diese Vorteile, wie z.B. die Widerstandsfähigkeit gegenüber Störeinflüssen, den Einsatz in chemisch aggressiver Umgebung, die hohe Langlebigkeit u.a. prädestinieren die faseroptische Sensorik für die Installation in Pfählen.

In der Dissertation werden die Unsicherheiten von Baugrundkenngrößen für die Erstellung von geologischen Halbraummodellen auf der Grundlage geostatistischer Methoden entgegen dem bislang üblichen Herangehen mit einbezogen. Infolge der unsicheren Kenngrößen ist das abgeleitete Halbraummodell aus unsicheren geologischen Homogenbereichen zusammengesetzt. In einem probabilistischen Sicherheitsnachweis werden die unsicheren Parameter der Grenzzustandsgleichung und das unsichere geologische Modell gemeinsam betrachtet. Die geostatistischen Methoden sind unterteilt in die experimentelle und theoretische Variographie sowie das Kriging. Die Berücksichtigung von unsicheren Eingangskenngrößen für die geologische Modellbildung führt zu Variogrammfunktionen mit unsicheren Parametern. Bis zum experimentellen Variogramm sind die Variogrammparameter und deren Unsicherheit analytisch nachvollziehbar beziehungsweise abschätzbar. In den weiteren Teilschritten der geostatistischen Modellbildung ist der Einfluss unsicherer Kenngrößen auf Teilergebnisse nur numerisch nachzuvollziehen. Für die umfangreichen Simulationen stand keine Software zur Verfügung. Als Teilleistung dieser Arbeit wurde hierfür die eigenständige Anwendung „GeoStat“ erstellt. Sie ermöglicht die Berechnung und Auswertung der Fortpflanzung von Unsicherheiten auf numerischem Weg in beliebigen Teilschritten bis hin zur geologischen Modellbildung. Mit dem Übergang vom experimentellen zum theoretischen Variogramm sind wesentliche Zusammenhänge zwischen der Unsicherheit der Kenngrößen und der Unsicherheiten der Parameter für das sphärische, das exponentielle und das Gauß’sche Modell mit den Ergebnissen aus GeoStat ableitbar. Der Schwellenwert dieser Funktionen ist proportional zur relativen Kenngrößenunsicherheit. Eine Abschätzung der oberen Schranke des Schwellenwertes und dessen Unsicherheit wird angegeben. Die Reichweite ist ein charakteristischer Kennwert des Untersuchungsgebietes. Die Parameterunsicherheiten der Variogrammfunktionen wirken sich in Relation zur Kenngrößenunsicherheit nur gering auf den Prognosewert am unbeprobten Ort infolge des Kriging aus. Die Varianz des Prognosewertes ist geringer als die Kenngrößenvarianzen, aber nicht vernachlässigbar klein. Es ist grundsätzlich zu unterscheiden, ob die Kenngrößenvarianzen ausschließlich durch unsichere Parameter der theoretischen Variogrammfunktion repräsentiert oder deren Eigenvarianzen zusätzlich im Kriging berücksichtigt werden. Mit der alleinigen Berücksichtigung der unsicheren theoretischen Variogrammparameter wird die Standardabweichung der Krigingprognose unterschätzt. Sie haben maßgeblichen Einfluss auf die Krigingvarianz als Modellvarianz und deren Standardabweichung. Mit der Einbeziehung der Kenngrößenunsicherheiten kann die Standardabweichung der Prognose realistischer simuliert werden. Sie hat keinen direkten Einfluss auf die Krigingvarianz. Der abgeleitete Unsicherheitsplot, ein Resultat dieser Arbeit, kombiniert die Modellunsicherheit des Krigings und die Varianz des Prognosewertes im unbeprobten Untersuchungsgebiet auf der Grundlage des Varianzenfortpflanzungsgesetzes. Für geotechnische Sicherheitsnachweise ist neben der Informationsdichte auch die Optimierung des geologischen Modells wesentlich. Dieses ist vom auszuwertenden Grenzzustand auf der Grundlage eines Sicherheitsnachweises abhängig, so dass vor der geostatistischen Baugrundmodellierung die Sensitivität der in den Grenzzustand eingehenden Kenngrößen zu untersuchen ist. Es hat sich gezeigt, dass die Erhöhung der Datengesamtheit für die geologische Modellbildung nur dann sinnvoll ist, wenn parallel die Unsicherheit der relevanten Kenngrößen im Sicherheitsnachweis innerhalb der unsicheren Homogenbereiche reduziert wird. Für den Referenzstandort führen äquivalent zur Berücksichtigung der unsicheren Steifemoduln die unsicheren Halbraummodelle zur erheblichen Zunahme der erforderlichen Fundamentabmessungen. Die Unsicherheit der Steifemoduln war maßgebender als die Unsicherheiten des Halbraummodells, obwohl die Datenbasis für die geostatistische Modellierung gering war. Bisher werden in probabilistischen Sicherheitsnachweisen zwar unsichere Kenngrößen, jedoch deterministische geologische Modelle betrachtet. Die unsicheren Kenngrößen innerhalb der Homogenbereiche eines geologischen Modells haben im aufgezeigten Sicherheitsnachweis zwar den maßgebenden Einfluss, doch sind die Unsicherheiten im geologischen Modell nicht zu vernachlässigen. Wege und Grenzen der Berücksichtigung dieses kombinierten Einflusses werden mit dieser Arbeit untersucht und aufgezeigt. Das Anwendungsbeispiel zeigt, dass die optimale geologische Modellbildung spezifisch für den Sicherheitsnachweis vorzunehmen ist. Werden die Unsicherheiten der Kenngrößen innerhalb der Homogenbereiche und unsicheren geologischen Modelle berücksichtigt, wird ein schärferes Abbild der Realität erreicht.

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.

Nach einer kurzen Einführung zu Arten von Offshore-Pfahlgründungen wird auf typische Einwirkungen im Offshore-Bereich eingegangen. Dabei ist beabsichtigt, insbesondere die dynamischen Belastungen sowie die zugehörigen Lastannahmen und Modellierungen zu verdeutlichen. Im Anschluss daran werden die Widerstandsgrößen eines Pfahls beschrieben. Damit wird bezweckt, die Abtragung statischer und dynamischer Lasten zu erläutern, wobei das unterschiedliche Verhalten des Pfahles in horizontaler und vertikaler Richtung verdeutlicht werden soll. Anschließend werden die wesentlichen berechnungsrelevanten Dämpfungsparameter mit dem Ziel untersucht, die unterschiedlichen Dämpfungskomponenten sowie ihre Bedeutung innerhalb eines globalen Dämpfungsmaßes zu verdeutlichen. Zum Abschluss erfolgt eine Erläuterung der Bemessungsverfahren für die horizontale Belastung von Pfahlgründungen. Dabei soll insbesondere das modifizierte Bettungsmodulverfahren und die zugehörigen Parameter dargestellt und dem herkömmlichen Berechnungsverfahren mittels p-y-Kurven gegenübergestellt werden.

Grundwasser und Grundwasserströme haben auf die Gründung von Gebäuden einen nachhaltigen Einfluss. Für einen geplanten Ersatzneubau eines Altenpflegeheimes, in der Domäne der Gemeinde Neustadt/Harz, ist ein Gründungskonzept zu entwickeln. Hierbei steht vor allem die geographische Nähe des Neubaus zu einem künstlichen Teich im Vordergrund der Gründungsempfehlung. Anhand der vorliegenden geologischen und hydrologischen Erkundungsergebnisse werden unterschiedliche Profillängsschnitte des Geländes entwickelt. Auf der Grundlage des maßgebenden Längsschnittes und der errechneten maximalen Grundwasserstände werden verschiedene Gründungskonzepte entwurfen. Aus einem anschließenden Vergleich der Gründungskonzepte geht eine Vorzugslösung hervor. Ziel des Vergleiches ist es die Gründung an die geologischen und hydrologischen Besonderheiten des Baugrundes anzupassen. Weiterhin wird ein Konzept für den Feuchteschutz entwickelt. Die Grundlage dieser Konzeption bilden die errechneten maximalen Grundwasserstände.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Einfluss variierender Randbedingungen auf die mobilisierten Einzelwiderstände bei der numerischen Simulation von Pfahlprobe-belastungen. Pfahlprobebelastungen werden durchgeführt, um die getroffenen Annahmen bei der Bemessung der äußeren Tragfähigkeit zu überprüfen und ggf. an die vorherrschenden Baugrund¬verhältnisse anzupassen. Die in-situ Verhältnisse des Baugrundes können nur idealisiert mit empirischen oder numerischen Berechnungsalgorithmen dargestellt werden. Daher sind in Deutschland zur Bemessung von Pfählen und der Ermittlung der Pfahlwiderstände Probebelastungen nach DIN 1054 (2005) und nach Empfehlungen des (Arbeitskreis 2.1 DGGT°1998) anzuraten. Bei vergleichbarer Geologie kann auch auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden. Allgemein unterscheidet man zwischen statischen und dynamischen Belastungsversuchen. Bei den drei, in dieser Arbeit untersuchten, Pfahlprobebelastungen handelt es sich um statische Probebelastungen. Dabei wurden die Lasten mittels pneumatischer Pressen in den Pfahl eingeleitet. Als Widerlager dienten entweder aufliegende statische Lasten oder ins Erdreich verankerte Zugpfähle, die über Stahlträger mit der Presse verbunden waren. Im Rahmen der Arbeit wird der Einfluss einer möglichen Auflockerungszone unter dem Pfahlfuß auf die mobilisierten Einzelwiderstände und das Last-Setzungs-Verhalten untersucht. Um die Wirkung der Auflockerungszone zu untersuchen wird eine Parameterstudie durchgeführt, in deren Verlauf die geometrische Form und Größe der Zone variiert wird. Die numerischen Berechnungen werden mit der FE-Software PLAXIS 8.0 durchgeführt. Anhand des Versuchspfahles 'Al Attar Tower' werden die Einflüsse der Auflockerungszone auf das Last-Setzungsverhalten, sowie auf die Entwicklung der Einzelwiderstände untersucht. Während dieser Betrachtung wird das numerische Modell unter Verwendung der Referenz-daten der Pfahlprobebelastung kalibriert und eine Vorzugsvariante ermittelt. Danach werden die gewonnenen Erkenntnisse auf einen Bauwerkspfahl, welcher sich im gleichen Baufeld befindet und sich in den Abmessungen (Pfahllänge und Durchmesser) von dem Versuchspfahl unterscheidet, übertragen. Infolge dieses Vergleiches wird die Anwendbarkeit des numerischen Modells überprüft und gegebenenfalls an die neuen Bedingungen angepasst. Im dritten Schritt erfolgt eine Kontrolle der Ergebnisse anhand eines zweiten Vergleichs-pfahles. Bei diesem Pfahl handelt es sich um einen Bauwerkspfahl, der im Zuge einer Baumaßnahme in unmittelbarer Nähe zum Baufeld 'Al Attar Tower' hergestellt wurde. Der zweite Vergleichspfahl wurde für die Kalibrierung des numerischen Modells ausgewählt, da er sich in seiner Herstellungsart von den zwei anderen Pfählen unterscheidet. Es handelt sich eben¬falls um einen suspensionsgestützt hergestellten Bohrpfahl, beim dem allerdings eine Polymersuspension benutzt wurde. Im Weiteren Verlauf der Herstellung wurde das Bohrloch vor dem Betoniervorgang gespült, um Bohrrückstände auszuräumen. Auch diese Ergebnisse der numerischen Pfahlbelastungssimulation werden mit den zuvor gewonnenen Ergebnissen verglichen. Indessen muss sich zeigen, dass mit dem vorgestellten numerischen Modell eine ausreichend genaue Übereinstimmung der Mess- und Berechnungsergebnisse erzielt werden kann. Das heißt, das entwickelte numerische Modell kann durchaus für die Bemessung von Pfahlgründungen bei vergleichbaren geologischen Randbedingungen verwendet werden. Ferner wird die Eignung des verwendeten Stoffmodells zur Beschreibung der Verformungs- und Spannungszustände im Baugrund geprüft. Neben den numerischen Berechnungen beschäftigt sich ein weiterer Abschnitt dieser Arbeit mit empirischen Berechnungsverfahren. Darin werden die Anwendbarkeit und die Aussage-kraft dieser meist sehr einfachen Terme auf die vorherrschenden Baugrund¬ver¬hältnisse betrachtet.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Dimensionierung von Gründungsvarianten für eine Offshore-WEA an einem fiktiven, aber typischen Standort in der Nordsee. Es wird nicht nur die Wirtschaftlichkeit beurteilt, sondern auch etwaige Probleme herausgestellt, die bei verschiedenen Gründungsvarianten auftreten können. Es wurden die drei Gründungen Schwergewichtsfundament, Monopile und Tripod einer Offshore-WEA dimensioniert. Die Bemessungen erfolgten für einen Extremlastfall, der sich aus einer extremen Welle und Böen zusammensetzt. Dieser Lastfall wurde nur im Grenzzustand der Tragfähigkeit als eine statische Last nachgewiesen. Eine abschließende Dimensionierung konnte nicht erfolgen, da noch keine Gebrauchstauglichkeitskriterien für WEA definiert wurden.

In Oberflächenabdichtungssystemen für Deponien und Altablagerungen werden sehr häufig mineralische Dichtungen bzw. geosynthetische Tondichtungsbahnen als Hauptdichtungskomponente geplant und eingebaut. In den letzten Jahren wurde jedoch in Testfeldern und bei Aufgrabungen oft eine starke Reduzierung der Dichtwirksamkeit der mineralischen Dichtungskomponenten infolge austrocknungsbedingter Rissbildung bzw. Durchwurzelung festgestellt. Ursache war häufig die mangelnde Wasserspeicherfähigkeit der Rekultivierungsschicht in den klimatisch trockenen Jahreszeiten an ungünstigen Standorten und somit eine Austrocknung des gesamten Systems. Um diese Effekte zu minimieren bzw. zu verhindern, sind für die Rekultivierungsschicht nun ausreichend qualifizierte Böden und standortangepasste Mächtigkeiten vorgeschrieben, damit ein ausreichender Wasserspeicher ganzjährig zur Verfügung steht. Ansonsten wird die maximal aufnehmbare Zugkraft des Bodens überschritten und es entstehen Risse, die zu einer Minderung bzw. totalen Versagen der Dichtungskomponente führen kann. Einer der Schwerpunkte dieser Arbeit ist die Aufbereitung und Erweiterung der Literatur bezüglich dem Einfluss von Luftströmung bzw. Druckgradienten und deren Wirkungsweise in porösen Medien sowie deren Einfluss auf die angrenzenden bindigen Schichten. Des Weiteren gibt es eine Beschreibung der unterschiedlichen Phänomene bzw. etwaige analytische Ansätze. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in einer numerischen Aufbereitung von Zugversuchen an bindigen Böden unter verschiedenen Wassergehalten.

Aufgrund von mangelnden Untersuchungen hinsichtlich der Qualitätssicherung der Böschungsaußenhaut werden bei KBE-Konstruktionen immer noch zu oft katalogisierte Systeme eingesetzt und wenig auf spezielle Standortbedingungen eingegangen. Aber gerade bei sehr steilen Stützkonstruktionen aus kunststoffbewehrter Erde kann es in jahreszeitlich bedingter Trockenzeit zur Austrocknung solcher Systeme kommen, so dass es im Brandfall zu einer Beschädigung der bei Polsterwänden luftseitig sehr dicht an der Oberfläche liegenden Bewehrung kommen kann. Ziel dieser Arbeit war es, das Brandverhalten begrünter KBE-Konstruktionen in einem Brandversuch in Abhängigkeit verschiedener Parameter näher zu untersuchen und zu beurteilen. Dabei sollten die Einflüsse des Einsatzes verschiedener Geokunststoffmaterialien und Begrünungssysteme, Aufschlüsse über eher brandsichere und zur Brandbegünstigung neigende Konstruktionen geben.

In Anlehnung an das Stoffgebiet der Vorlesungsreihe Grundbau II werden in dieser Arbeit Lösungskonzepte und Berechnungswege aufgezeigt und die Varianten detailliert bearbeitet, hierbei wurde eine Beispielsammlung erstellt. Diese Beispiele betreffen die Gründung von Hochbauten bis hin zu Windkraftwerken und auch von Brücken. Bei den Gründungsmethoden sind vorrangig die verschiedenen Pfähle und die Bodenverbesserungen einschließlich diverser Kombinationen genutzt wurden. Auch der Einsatz von speziellen Zugelementen (Zugpfähle, Verpressanker) für Auftriebssicherungen oder zur Stabilisierung von Kragkonstruktionen wird demonstriert. Die Beispiele wurden nach Pfahlgründungen, Bodenverbesserungen, kombinierte Gründungen, Verankerungen und Vernagelungen gegliedert.

In dieser Diplomarbeit wird auf das Prinzip des Düsenstrahlverfahrens an sich und seine Anwendungen im Tunnelbau, sowie die Fehleranfälligkeit und das Qualitätsmanagement näher eingegangen. Dabei stehen die Erarbeitung einer Systematik der mit dem Verfahren einhergehenden konstruktiven Randbedingungen und Parameter als eigentliche Schwerpunkte im Vordergrund. Ziel der Arbeit war es nicht, eine rechnerische Nachweisführung bzw. Parameterstudie durchzuführen. Es gibt jedoch Hinweise und Anhaltspunkte für einen rechnerischen Ansatz.

Die Erkundung und Beschreibung des Baugrundes ist aufgrund seiner Genese und der anthropogenen Einflüsse oft schwierig. Die gewonnenen Aufschlüsse im Boden und Fels sind aber unabhängig vom Umfang immer als Stichprobe zu bewerten. Zwischenwerte werden meist linear interpoliert oder durch weiterführende Informationen verdichtet. Für die Dimensionierung von Grundbauwerken werden diese Informationen weiter vereinfacht, in dem für definierte Homogenbereiche vorsichtige Mittelwerte in Ansatz gebracht werden. Diese werden zunehmend unter Berücksichtigung ihrer Streuung und Unsicherheit in geotechnische Nachweiskonzepte integriert. In dieser Diplomarbeit sollen auf der Grundlage analytischer geschlossener Algorithmen und Funktionsansätze zur Einschätzung der Gefährdung, die Versagenswahrscheinlichkeit bzw. die Zuverlässigkeit für ein definiertes Untersuchungsgebiet unter Verwendung streuender Einflussgrößen ermittelt werden. Hierzu wurden verschiedene Methoden angewandt. Die erforderlichen Eingangsparameter sind aus dem zur Verfügung gestellten Datensatz abzuleiten.

Kurzfassung An einem zweigeschossigen Wohnhaus des 18. oder frühen 19. Jahrhunderts, das im Laufe der Geschichte sehr unterschiedlich genutzt und mehrfach umgebaut wurde, traten anhaltende Deformationen der Giebelwand auf. Die Beobachtungen der Vergangenheit ergaben, dass die Bewegungen zu auffallenden Rissen an den Innenwänden führten und ein Ausbauchen der Außenwand verursachten. Da Schäden an Gebäuden durch Risse und Verformungen die verschiedensten Ursachen haben können, erfordert eine 'Therapie', also die Schaffung einer zielgerichteten, der Bauwerkssubstanz angepassten Problemlösung, die sorgfältige Aufnahme und Analyse der Schäden sowie die Ermittlung der Schadensursache bzw. die Feststellung der Standsicherheitsdefizite, welche mit 'Anamnese' und 'Diagnose' der Heilkunde vergleichbar sind. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Schadensanalyse, wie im Vorangegangenen beschrieben wurde und liefert im Anschluss eine Lösung zur Ertüchtigung des Gebäudes unter denkmalpflegerischen Aspekten.

Der Feuchtigkeitsschutz von Gebäuden im unterirdischen Bereich ist ein viel diskutiertes Thema. Oft wird die Bauwerksabdichtung als „notwendiges Übel“ gesehen und leider dementsprechend nachlässig behandelt. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Problematik des Feuchtigkeitsschutzes von Bauwerken im unterirdischen Bereich. Besonders wichtig ist eine sichere und funktionierende Abdichtung von unterirdischen Räumen, die einer hochwertigen Nutzung unterliegen oder als Lagerstätte für hochwertige und wertvolle Güter fungieren. Der Schutz vor von außen eindringender Feuchtigkeit ist genau aus diesem Grund eine Elementarforderung, da an oben genannten Gütern keine Schäden hinzunehmen sind, die aufgrund von bauseitig eindringender Feuchte entstehen könnten. Ziel ist es, trotz der Wasserbelastung auf das Bauwerk, dauerhaft trockene Räume zu gewährleisten. Die gewählte, und letztendlich ausgeführte, Abdichtungslösung muss dauerhaft wirksam sein und die Innenräume des Bauwerks über die gesamte Lebensdauer sicher und zuverlässig gegen eindringende Feuchtigkeit schützen. Die Ausführungen beziehen sich hauptsächlich auf Abdichtungslösungen die bei Bauwerken gemäß der Themenstellung überwiegende Anwendung finden. Sonstige Systeme bzw. Ausführungsmöglichkeiten werden hier der Vollständigkeit halber nur kurz angerissen.