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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.

wasserdichte Baugrubenumschließungen tiefer Baugruben mittels bogenförmiger, überschnittener Bohrpfahlwände

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.

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.

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.

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.

Gegenstand dieser Diplomarbeit ist die Prüfung der Realisierbarkeit einer Erweiterung der Herzogin-Anna-Amalia-Bibliothek in Weimar durch die Umnutzung der historischen Gebäude im Bereich Markt 15 in Verbindung mit einer Unterkellerung des Innenhofes. Bedingt durch die komplexe Hochbaustruktur des Altbaus bleiben innerhalb dieser Arbeit die Aussagen zur Eignung des Standortes und zur Durchführbarkeit der Baumaßnahmen auf den Bereich des Grundbaus beschränkt. Die erforderlichen Maßnahmen zur Sicherstellung einer ausreichend tragfähigen Hochbaukonstruktion bleiben innerhalb dieser Diplomarbeit weitestgehend unberücksichtigt. Die Gründungen der Gebäude im Bereich Markt 15 werden unter dem Gesichtspunkt ihrer zusätzlichen Belastbarkeit und Tragsicherheit im Bestand untersucht und bewertet. Die Einschätzung der Tragreserven erfolgt dabei durch die Auswertung einer Grundbruch– und Setzungsberechnung.

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Umsetzung der für die EU im Erdbau notwendigen Methoden und Strukturen in einem neu entwickelten Programm. Das Grundziel des neuen Programms soll die Umsetzung aller notwendigen Einzelversuche mit der Speicherung dieser in einem gängigen Format sein. Damit wäre bei gleichem Auswertungsaufwand vor Ort die volle elektronische Verfügbarkeit des Datenbestandes möglich.

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.

Die Baugrundmodellierung mittels geostatistischer Methoden erfolgt bislang überwiegend auf der Grundlage deterministischer Eingangsgrößen. Somit bedarf es der Klärung des Einflusses von Unsicherheiten einzelner Baugrundinformationen. Die Bearbeitung unsicherer Eingangswerte ist Teil einer Anwendung GeoStat, welche zur geostatistischen Baugrundmodellierung an der Professur Grundbau der Bauhaus-Universität Weimar entwickelt wurde. Mit Hilfe von GeoStat wurde der Einfluss unsicherer Kenngrößen, z.B. aus Messfehlern, auf das geostatistische Interpolationsverfahren Ordinary Kriging untersucht. Dazu wurden unsichere Eingangsgrößen simuliert und richtungsabhängige Variogrammanalysen durchgeführt. Im geostatistischen Interpolationsverfahren Ordinary Kriging, welches noch nicht auf die Aussagefähigkeit der Ergebnisse mit unsicheren Eingangsgrößen untersucht wurde, werden anschließend die Parameter der Variogrammfunktionen und deren Varianz verwendet. Um den Einfluss unsicherer Kenngrößen auf die räumliche Schätzung zu untersuchen, werden mehrere Größen aus einem generierten Datensatz sowie aus einer realen Baugrunderkundung herangezogen. Um eine Aussage über den Einfluss der Unsicherheit der Kenngröße auf das Krigingergebnis zu erhalten, wird ausschließlich der Kennwert der Aufschlusspunkte als streuende Eingangsgröße betrachtet, wobei die Koordinaten der Aufschlusspunkte deterministisch bleiben. Die Simulation eines streuenden Kennwertes soll unter Annahme einer Normalverteilung aller Zufallswerte der betrachteten Kenngröße realisiert werden. Die Eingangsparameter werden für numerische Auswertungen auf der Grundlage eines Zufallszahlengenerators bestimmt. Die Schwankungsbreite wird dabei durch die subjektive Wahl der Standardabweichung vordefiniert. Mit den Datensätzen der simulierten streuenden Eingangsgrößen wurden richtungsabhängige Variogrammanalysen in der Ebene durchgeführt. Dazu wurde der Variogrammansatz Exponentielles Modell betrachtet. Danach werden Simulationen mit dem Programmtool Ordinary Kriging der Software GeoStat durchgeführt. Hierzu werden bei verschiedenen Simulationen die Variogrammfunktionsparameter a und b sowie der Kennwert selbst in den unterschiedlichen Kombinationen deterministisch und streuend berechnet. Auf Grundlage der Simulationsergebnisse lassen sich unter anderem folgende Aussagen treffen. Die Krigingvarianz repräsentiert die mittlere zu erwartende Varianz des Schätzers auf der Grundlage des Krigingmodells. Sie ist aber kein exaktes Maß bezogen auf die Varianz des Schätzers. Sie wird maßgeblich durch die Variogrammfunktion bestimmt. Der Einfluss der Kenngrößenstreuung auf die Krigingvarianz ist gering. Der Krigingschätzer wird maßgeblich vom Erwartungswert der Kenngröße beeinflusst. Der Einfluss der Variogrammfunktion ist gering.