Continental glaciers covered as much as thirty percent of the present-day inhabited earth during the Quaternary period. Traditionally, one-dimensional consolidation has been considered as the main process of formation for the soils deposited during glaciation. One of the outcomes of accepting one-dimensional consolidation as the main process of formation is that the geomechanical properties of soil in a horizontal plane are isotropic (known as cross-anisotropy). Recent measurements of subglacial pore pressure and preconsolidation pressure profile have indicated that this might not be the case. The role of subglacial shear action has probably been long neglected. The main objective of this research is to investigate the effects of subglacial shearing on the geomechanical properties of glaciated soils. <p> Recent research has found evidence of horizontal property anisotropy associated with the direction of the ice-sheet movement. A testing program was thus proposed to explore the relationship between the anisotropy of property and the direction of past glacier movement. The program involves several fundamental engineering parameters of soils. These parameters together with the corresponding test methods are as follows: (i) Conventional oedometer test yield stress anisotropy; (ii) Oedometer test with lateral stress measurement stiffness anisotropy; (iii) Load cell pressuremeter (LCPM) test in situ stress anisotropy. <p> The physical meaning of yield stress determined by conventional oedometer tests was interpreted as the critical state of structural collapse. The literature review and an experimental study on kaolin samples with a known stress history suggested that yield stress possesses certain dependency on the sampling direction. The anisotropy of yield stress for Battleford till from Birsay, Saskatchewan was also explored by testing directional oedometer samples. In addition, the anisotropy of stiffness was also investigated using a newly developed lateral stress oedometer that is capable of independent measurement of horizontal stresses at three different points with angles of 120 degrees. Preliminary evidence of a correlation between the direction of maximum stiffness in a horizontal plane and the known direction of glacial shear was observed. The correlation between the direction of maximum yield stress and known direction of glaciation was rather poor. Anisotropy of in situ stresses was investigated by conducting LCPM tests in Pot clay in the Netherlands. Based on the LCPM test results, it was concluded that the evidence of a correlation between the anisotropy of in situ stress and known direction of glacial advance is still rather obscure. <p> Although both the laboratory studies and field studies cannot sufficiently confirm the existence of lateral anisotropy of geomechanical properties and its relationship to the direction of the Quaternary ice-sheet movement, the effects of subglacial shearing should not be neglected in assessing the geotechnical properties of glaciated soils. In practice, it is usually found that the preconsolidation pressure profile does not follow the gravitational line as predicted by the one-dimensional consolidation theory and its magnitude is not compatible with the measured effective pressure values at the base of the glacier. It has been suggested that changes in seepage gradient (upward or downward) are responsible for the deviation of preconsolidation pressure profile away from the gravitational line. In this thesis, a new glacial process model consolidation coupled shearing was proposed. This model is based on the framework of traditional soil mechanics (critical state theory, Modified Cam-clay model and one-dimensional consolidation theory) and is consistent with the general geological and glaciological evidences. This model may provide an alternative explanation for the preconsolidation pressure patterns generally observed in practice. It can also be combined with groundwater flow characteristics to explain the diversity of the preconsolidation consolidation patterns. The proposed model was used successfully to obtain the preconsolidation pressure profile observed in Battleford till at Birsay and the subglacial shear-softening phenomenon.

Dissertação(mestrado)-Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2005. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-25T18:33:16Z No. of bitstreams: 1 Um Modelo De Elementos Finitos Para A Análise Acoplada De Problemas De Adensamento Com Simetria Axial.pdf: 1681210 bytes, checksum: 23a6d094c0648352f349cac2829966de (MD5) / Approved for entry into archive by Cristiane Silva(cristiane_gomides@hotmail.com) on 2013-05-02T22:19:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Um Modelo De Elementos Finitos Para A Análise Acoplada De Problemas De Adensamento Com Simetria Axial.pdf: 1681210 bytes, checksum: 23a6d094c0648352f349cac2829966de (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-02T22:19:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Um Modelo De Elementos Finitos Para A Análise Acoplada De Problemas De Adensamento Com Simetria Axial.pdf: 1681210 bytes, checksum: 23a6d094c0648352f349cac2829966de (MD5) Previous issue date: 2005 / Este trabalho apresenta um modelo de elementos finitos para a análise de deformação e adensamento de maciços de solo sob condições de simetria axial. O ponto de partida são as equações diferenciais de governo que são resolvidas utilizando o método dos elementos finitos baseado no método dos resíduos ponderados adotando a formulação de Galerkin. As equações de governo são integradas sobre um domínio composto de elementos finitos quadrilaterais com quatro nós e produzem um sistema de equações algébricas em função dos deslocamentos e da poropressão. As equações de cada um dos elementos são somadas no sentido de obter um sistema global de equações. Resolver este sistema leva à solução do problema. A validação ocorre a partir da comparação com resultados de soluções analíticas baseadas na teoria da elasticidade, teoria do adensamento e ensaios de laboratório. Os resultados foram considerados satisfatórios e mostram diferenças que podem ocorrer em virtude das simplificações consideradas no modelo. / This work presents a finite element model for the analysis of soil strain and consolidation under axissymetric conditions. The starting point are the governing differential equations which are solved by using the finite element method based on the weighted residual method adopting Galerkin’s formulation. The governing equations are integrated over a domain composed of quadrilateral finite elements with four nodes and yield a set of algebraic equations in function of the displacement and of the pore pressure. The equations for each one of the elements are added in order to obtain a global system of equations. The solving of this system leads to the solution of the problem. The validation occurs through comparison with results of analytical solutions based on the elasticity theory, consolidation theory and laboratory tests. The results were satisfactory and show differences that may happen due to the simplifications taken in account in the model.

Tailings storage facilities (TSFs) serve as structures for storing tailings, i.e., waste materials generated by the mining industry. In recent years, tailings dam failures and collapse of these constructions have been reduced due to the establishment of regulations to control these structures, nevertheless, the consequences are catastrophic when tailings dam failures occur. There are some different construction methods for tailings dams. One common construction method is the upstream method; where the dam is raised by constructing embankments on top of the tailings stored in the impoundment. Thus, it is essential to understand the mechanical and geochemical behavior of deposited tailings to be able to perform safety assessments of tailings dams.  Material properties must be assessed for the present time as well as over a longer time since aging and continuous deposition might change the mechanical behavior over time. Continuous deposition leads to continuous increased vertical stress on particles, and there is a need to study if increased vertical stress can lead to a possible change of the mechanical properties of tailings. Therefore, this study has investigated the characteristics of tailings particles after being subjected to vertical stepwise loading. This study focuses on investigating the impact of particle breakage (or crushing) on tailings by analyzing material recovered from a tailings dam in Sweden. The research was performed on disturbed tailings material from a borehole of approximately 40 m depth. The study was conducted on four samples recovered 10 m apart, developing a characterization of the material and laboratory tests on each of them. The characterization consisted of the determination of intrinsic properties such as particle size distribution, particle shape, and mineralogy before and after testing; while the laboratory tests were conducted by means of the odometer test. The laboratory tests employed the oedometer test, which applies a vertical load in slow increments under K0 conditions to simulate the behavior of tailings consolidated in the impoundment. The results obtained from the oedometer tests showed interesting observations regarding changes in particle size distribution (PSD) before and after testing. Based on this study it is hard to conclude if the change in PSD solely is caused by crushing. Three samples show a PSD after oedometer which have slightly more fines than before oedometer, while the last sample has neglectable change in PSD. Theoretically, this small change in PSD indicates that larger tailings particles exhibited a higher susceptibility to some degree of crushing, but since the change is so small it cannot be excluded that the changes origins from the accuracy of determining the PSD.  The samples taken at different depths were prepared using the tamping method, and the oedometer testing indicated minimal differences in their compression characteristics, and since the soil fabric was destroyed under sampling and then reconstituted through tamping this is expected. To investigate the influence of particle arrangement on the compression and potential crushing, one of the samples was tested in a slurry configuration. This test demonstrated that particle arrangement appears to be a contributing factor to crushing, as it showed less deviation in particle size distribution compared to the tamped sample. To contextualize and validate the findings, the results were correlated, evaluated, and compared with previous studies conducted on tailings from the same tailings storage facility (TSF). Although future research on crushing in correlation of mineralogy respectively and changes in particle shape are needed, this comparative analysis has provided input that can contribute to enhanced understanding of tailings behavior under increased vertical load.

In any geotechnical design procedure, the fundemantal point to be initially clearified is the characterization of existing soil profile at a site. This requires a great deal of planning a suitable site investigation program including borings, sampling, laboratory and in situ testing etc. Laboratory and in-situ (field) tests are important tools leading to the estimation of soils properties in geotechnics. Beside laboratory tests, the measurement of engineering properties in situ is a continuously growing and developing trend, particularly in materials difficult to obtain perfect undisturbed samples. For the purpose of this study, two large volumed geotechnical investigation reports are collected from a wide archive of 30 years experiences. Different soil types are encountered during the study like alluvial deposits of soft to stiff cohesive materials, hard clays in appearance of highly weathered rocks. The in-situ tests mostly being focused and studied on are &ldquo / Pressuremeter Test&rdquo / and &ldquo / Standard Penetration Test&rdquo / on cohesive materails. Over 350 standard penetration test results are recorded together with the pressuremeter results of relevant soils. Besides, the corresponding laboratory test results of oedometer, triaxial loading and all index properties of soils are assembled. The results of in-situ tests are evaluated together with the results of laboratory tests performed on the samples obtained from related sites. The correlations between in-situ &amp / laboratory test results on shear strength, compressibility and deformation characteristics of soils are analysed and compared with the existing correlations in literature. The correlations are generally obtained to be in agreement with the ones in common literature in cases where the soil conditions, particularly saturation, are same in both laboratory and in-situ tests.

The use of coarse-grained fill materials has grown significantly in recent years especially on account of their use in dams and transportation networks. This study investigates compressibility of various coarse-grained fill materials in dry and wet loading conditions in oedometer test. Four materials were used in the experiments, which falls into GP, GW, GM and GC categories respectively. GP material is a weathered rock obtained from Eymir Lake region. This material was chosen especially to be able to investigate degradation and particle breakage due to compaction and compression. GW, GM and GC materials were obtained by using the material called &lsquo / bypass&rsquo / which is a fill material used in the construction of metro of Eryaman. Using these four materials, large-scale double oedometer tests were carried out to investigate compressibility in both dry and wet conditions. The double oedometer testing technique is used to investigate the effect of soaking on compressibility behaviour of compacted fill materials. Various compactive efforts were used in the compaction stage to investigate the effect of compactive effort on compressibility and degradation of the four gravelly materials. Gradations of the post-test samples were obtained and particle breakage due to compaction using various compactive efforts and particle breakage due to compression were determined. It is found that amount of compression does not necessarily depend on the dry density of the material and fine fraction is also a dominating property regarding the compressibility in coarse-grained fill materials. The vertical strains induced by soaking are on the order of 12% - 20% of the compression measured in dry loading case for the well-graded coarse-grained fill materials tested. Besides, there is significant particle breakage in the compaction process and no further particle breakage in the oedometer test for GP material.

Cette thèse porte sur le comportement hydromécanique d’un mélange de poudre et pellets de bentonite MX80 avec une proportion 80/20 en masse sèche. Il s’agit d’un matériau étudié par l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) dans le cadre du projet SEALEX qui a pour objectif principal la vérification de l’efficacité des dispositifs de scellement ou des barrières ouvragées dans le system du stockage géologique des déchets radioactifs. Le comportement hydromécanique du matériau à différentes échelles a été étudié par différents essais en laboratoire. Premièrement, les changements à l’échelle microstructurale d’un seul pellet de bentonite durant l’hydratation a été abordée à l’aide de deux techniques : la porosimétrie au mercure et la tomographie aux rayons-X. Les résultats ont montré que le gonflement d’un pellet peut être expliqué par deux mécanismes : la création des fissures surtout à des succions entre 38 et 9 MPa, et le gonflement des grains de bentonite, correspondant à l’hydratation des smectites à l’échelle nano. A des succions inférieures à 9 MPa, une diminution de l’épaisseur des feuillets d’argile et une augmentation du désordre des ceux-ci sont observées. Des essais de rétention d’eau, de pression de gonflement et de compression à l’odomètre à succion contrôlée ont été effectués sur le mélange de poudre et pellets. Les propriétés de rétention d’eau sous conditions de volume constant et pour un seul pellet sous conditions de gonflement libre apparaissent similaires pour des valeurs de succion supérieures à 4 MPa. Cela implique que la succion physico-chimique est prédominante devant la succion capillaire. Pour des valeurs de succions plus basses, une capacité de rétention plus faible a été observée sous conditions de volume constant, à relier à la disparition des macro-pores par le gonflement des grains de bentonite. Des valeurs de pression de préconsolidation plus petites que celles des mélanges de bentonite pure ont été obtenues pour des succions non-nulles, montrant l’effet granulaire des pellets dans le mélange. Deux colonnes d’infiltration ont été réalisés afin d’étudier deux cas extrêmes avec une densité sèche globale identique (1.49 Mg/m3). Avec la première colonne, un mélange de poudre et pellets relativement homogène, fabriqué en suivant un protocole spécial a été étudié. En revanche, un mélange fortement hétérogène a été fabriqué dans la deuxième colonne d’infiltration. Les résultats montrent que la pression de gonflement radiale dépend fortement de la distribution des pellets et de la poudre ainsi que de l’évolution du front d’hydratation. Une anisotropie de gonflement a été observée dans les deux cas, avec la pression de gonflement axiale inférieure à celle radiale. De plus, la valeur finale de pression de gonflement axiale est différente pour les deux colonnes, bien que les deux échantillons aient fabriquées avec la même densité sèche globale. En parallèle, plusieurs observations à la tomographie aux rayons-X ont été réalisées sur le mélange de pellets et poudre pendant l’hydratation. Un mélange complètement homogène a été observé après 100 jours d’hydratation à l’échelle étudiée (50 μm/voxel). Un nouveau modèle d’endommagement qui prend en compte des fissures observées au sein du pellet pendant hydratation a été développé en adaptant le Barcelona Expansive Model (BExM). L’essai d’infiltration sur l’échantillon relativement homogène a été simulé avec succès en utilisant le modèle développé. L’hétérogénéité initiale de la porosité a été aussi considérée dans la simulation afin de reproduire l’anisotropie de gonflement. Les résultats expérimentaux obtenus dans le cadre de cette étude permettent de mieux comprendre la réponse des ouvrages de scellement avec le mélange de pellets et poudre de bentonite dans le projet SEALEX. De plus, le modèle développé, qui prend en compte des fissures observées au sein du pellet et l’hétérogénéité initiale du matériau, permettra d’améliorer / The present investigation deals with the hydro-mechanical behavior of a mixture composed of pellets and powder of MX80 bentonite with a proportion of 80/20 in dry mass. This is one of the studied materials by the French Institute for Radiation protection and Nuclear Safety (IRSN) within the SEALEX project, which aims at investigating the long-term performance of swelling clay-based sealing systems in the context of geological high-level radioactive waste disposal. This study has been conducted by following an experimental program covering different scales. Firstly, the microstructure changes while wetting of a single pellet was investigated by combining MIP results with μ-CT observations. Results revealed that swelling of a pellet is due to the development of cracks, with significant development between 38 and 9 MPa of suction, combined to swelling of bentonite grains, which is governed by the hydration mechanisms of smectite at nano-scale. The application of suctions below 9 MPa leads to a significant decrease of the platelet thickness and to an increase in the disorder of the platelet assembly. Water retention tests, swelling pressure tests and suction controlled oedometer tests on the pellet/powder mixture were performed. Similar water retention properties were observed for the mixture under constant-volume condition and pellet under free swelling condition under suctions higher than 4 MPa, suggesting that physico-chemical suction prevails on capillary suction. At lower suctions, constant-volume condition defined a lower water retention capacity because of the disappearance of macro-pores. Lower yield stress values than the common pure bentonite mixtures were found for the pellet/powder mixture for non-zero suctions, showing that the volume change behavior is governed by the rearrangement and crushing of pellets, and the loss of the granular structure in the case of zero suction. Two mock-up tests were performed, aiming at studying two extreme cases at a global dry density of 1.49 Mg/m3: a homogeneous pellet/powder mixture fabricated by following a special protocol, and a strong heterogeneous sample. Results revealed that the radial swelling pressure depends strongly on the local pellet/powder distribution combined with the evolution of the hydration front. An anisotropy swelling was found in both cases, being the axial swelling pressure lower than the radial one. Moreover, different values of axial pressure were found between the two tests, even though they have the same global dry density of samples. In parallel, μ-CT observations were carried out on the mixture while wetting, revealing a homogeneous sealed sample after 100 days of hydration. No density gradients were identified at the investigated resolution (50 μm/voxel) after this long time of hydration. A new damage model, which takes into account the development of fissures within a pellet while wetting, was proposed an included to the well-IVknown double porosity Barcelona Expansive Model (BExM) to carry out numerical simulations of one mock-up test. The initial heterogeneous porosity distribution was also considered to reproduce the anisotropy swelling. The experimental results obtained in this study will greatly help well understand the response of seals made up of pellets/powder bentonite mixture in the SEALEX in situ experiment. Moreover, the constitutive model developed taking into account the pellet cracking damage and the initial sample heterogeneity allows significantly improving the prediction of hydomechanical behavior of seals/plugs made up of this mixture, constituting thus an useful tool for the safety assessment of the nuclear waste disposal system

Choice of the constitutive model and determination of input parameters are necessary for a successful application of numerical methods in geotechnical engineering. Higher complexity of modern constitutive models results in an increase of the number of input parameters and time requirements for their calibration. Optimization methods are a possible solution for this problem. An application in which metaheuristic optimization method Particle swarm optimization (PSO) is involved is presented in this thesis. Critical review and testing of various PSO alternatives was performed in the first part of this thesis. The most efective PSO alternatives were chosen. In the second part connection between PSO algorithm and finite element solver was prepared. Automatization of determination of constitutive models input parameters was performed on three boundary value problems: laboratory test (oedometer), in-situ test (pressuremeter) and geotechical construction (retaining wall). Three types of constitutive models are used. Linear elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb model, elastoplastic non-linear Hardening soil model and Hardening soil - small strain model.

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Methode zur Bestimmung von realistischeren Steifemoduln für eine genauere Setzungsprognose von Flachgründungen in sehr „laborfeindlichen“ veränderlich festen Gesteinen. Die vergleichenden Laboruntersuchungen an teilverwitterten Keuperböden ergaben, dass die Steifemoduln aus den K0-Triaxialversuchen um den Faktor zwei bis drei größer sind als die Moduln aus den Standardoedometerversuchen. Durch, sowohl analytische, wie auch numerische, Nachrechnungen der durchgeführten Feldversuche und der Setzungsmessungen konnte nachgewiesen werden, dass mit Moduln aus K0-Triaxialversuchen deutlich zutreffendere Setzungsprognosen im Keuper möglich sind, als mit Moduln aus den Oedometerversuchen. Es konnte eine deutliche Abhängigkeit der Entwicklung des Steifemoduls von der Belastungsgeschichte, insbesondere im Übergangsbereich von der „echten“ Wiederbelastung zur Erstbelastung, gefunden werden. Für grobe Näherungen, z.B. für Vorbemessungen, werden Abhängigkeiten zwischen Auflastspannungen und Steifemoduln für die Erst- und für die Wiederbelastung angegeben. So lassen sich Moduln für beliebige Spannungen direkt abschätzen. Aus den abgeleiteten Moduluszahlen m des untersuchten Spannungs-Verformungsverhaltens von Böden, können, insbesondere unter Einbeziehung von Daten aus der internationalen Literatur, Korrelationsgleichungen in Abhängigkeit von Anfangsporenzahl bzw. Anfangsporenanteil mit guten bis sehr guten Regressionen angegeben werden. Da der Steifeexponent a nur geringfügig vom Anfangsporenanteil n abhängt und an den in dieser Arbeit untersuchten Böden weder sinnvolle Korrelationen mit R > 0,8 zwischen a und n, noch Abhängigkeiten von a zur Korngröße gefunden wurden, werden für die Steifeexponenten Mittelwerte angegeben.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Methode zur Bestimmung von realistischeren Steifemoduln für eine genauere Setzungsprognose von Flachgründungen in sehr „laborfeindlichen“ veränderlich festen Gesteinen. Die vergleichenden Laboruntersuchungen an teilverwitterten Keuperböden ergaben, dass die Steifemoduln aus den K0-Triaxialversuchen um den Faktor zwei bis drei größer sind als die Moduln aus den Standardoedometerversuchen. Durch, sowohl analytische, wie auch numerische, Nachrechnungen der durchgeführten Feldversuche und der Setzungsmessungen konnte nachgewiesen werden, dass mit Moduln aus K0-Triaxialversuchen deutlich zutreffendere Setzungsprognosen im Keuper möglich sind, als mit Moduln aus den Oedometerversuchen. Es konnte eine deutliche Abhängigkeit der Entwicklung des Steifemoduls von der Belastungsgeschichte, insbesondere im Übergangsbereich von der „echten“ Wiederbelastung zur Erstbelastung, gefunden werden. Für grobe Näherungen, z.B. für Vorbemessungen, werden Abhängigkeiten zwischen Auflastspannungen und Steifemoduln für die Erst- und für die Wiederbelastung angegeben. So lassen sich Moduln für beliebige Spannungen direkt abschätzen. Aus den abgeleiteten Moduluszahlen m des untersuchten Spannungs-Verformungsverhaltens von Böden, können, insbesondere unter Einbeziehung von Daten aus der internationalen Literatur, Korrelationsgleichungen in Abhängigkeit von Anfangsporenzahl bzw. Anfangsporenanteil mit guten bis sehr guten Regressionen angegeben werden. Da der Steifeexponent a nur geringfügig vom Anfangsporenanteil n abhängt und an den in dieser Arbeit untersuchten Böden weder sinnvolle Korrelationen mit R > 0,8 zwischen a und n, noch Abhängigkeiten von a zur Korngröße gefunden wurden, werden für die Steifeexponenten Mittelwerte angegeben.:INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG………………………………………………………………………..VI ABSTRACT…………………………………………………………………..………..VII VERWENDETE BEZEICHNUNGEN, ABKÜRZUNGEN UND INDIZES……………..….. VIII TABELLENVERZEICHNIS…………………………………………………………........ X BILDVERZEICHNIS……………………………………………………………....… XIII 1. EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG ………………………………………… 1 2. GLIEDERUNG, AUFBAU UND ZIEL DER ARBEIT ……………………...…………... 3 3. ZUR GEOLOGIE DES GIPSKEUPERS ……………………….…………………….... 8 3.1 Übersicht über die geologische Situation …………….…………………...… 8 3.2 Entstehung und heutiger Zustand des Gipskeupers als Baugrund ……… 11 3.2.1 Einleitung ……………………………………….…………………..… 11 3.2.2 Entstehung der vorbelasteten Böden …………………………………..12 3.2.3 Geologische Vorbelastung……………….….………………………… 13 3.2.4 Bodenkennwerte und bodenmechanische Eigenschaf-ten……….……...14 3.2.5 Heutiger Zustand als Baugrund (Verwitterungsgrad)……………..…... 14 3.2.6 Verwitterung und Entfestigung der Keuperböden…………………….. 18 3.2.7 Entfestigung durch Entlastung………………………………………… 19 3.2.8 Entfestigung durch Verwitterung…………………………………..…. 20 3.2.9 Keupermechanik im Überblick………..………………………………. 21 3.2.9.1 Horizontale Vorspannung und K0-Wert………………..…….. 23 3.2.9.2 Vergleich und Bewertung der heutigen Baugrundsituation….. 24 3.2.10 Abschließende Bewertung zu Kapitel 3.2……………………….……. 25 4. STAND DER FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG………………………………….. 26 4.1 Grundlagen der eindimensionalen Kompression………………………….. 26 4.1.1 Spannungen………………………………………………………...….. 26 4.1.2 Verformungen……………………………………………….……..….. 27 4.2 Spannungs-Verformungsbeziehungen der eindimensionalen Kompression…………………………………………………………….…… 29 4.2.1 Allgemeines…………………………………………………………… 29 4.2.2 Steifemodul nach DIN 18135………………………………………..... 30 4.2.3 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI……………….… 30 4.2.4 Verdichtungszahl nach OHDE……………………………………...…. 32 4.2.5 Tangentenmodul nach JANBU………………………………………... 33 4.2.6 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE….................................................................. 33 4.2.7 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach BIAREZ und HICHER………………………………………………... 35 4.3 Literaturübersicht zur eindimensionalen Kompression verschiedener Böden………………………………………………………… 36 4.3.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135 für Keuperböden…. 36 4.3.2 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI für alle Böden…. 47 4.3.3 Kompressions- u. Schwellindex für Keuperböden und vgl. Böden…... 51 4.3.4 Tangentenmodul nach JANBU (1963) für alle Böden………………… 52 4.3.5 Tangentenmodul für Keuperböden und für vergleichbare Böden…..… 55 5. UNTERSUCHTE BÖDEN UND PROBENNAHME………………………………….... 59 5.1 Gipskeuper aus Sindelfingen………………………………………………... 59 5.2 Gipskeuper aus Stuttgart-West……………………...…………………...… 60 5.3 Lößlehm……………………………………………………………………… 62 5.4 Filderlehm………………………………………………………………….… 62 5.5 Opalinuston……………………………………………………………..…… 63 5.6 Sand-Opalinuston…………………………………………………………… 63 6. LABORVERSUCHE ZUR BESCHREIBUNG DES GIPSKEUPERS……………………. 64 6.1 Natürliche Wassergehalte, Konsistenzen und Trockendichten…………... 64 6.2 Körnungslinien…………………………………………………………….… 64 6.3 Korndichten……………………………………………………………..…… 66 6.4 Wasseraufnahmevermögen……………………………………………...….. 66 6.5 Quellversuche……………………………………………………………….. 67 6.6 Mineralogie……………………………………………………………...…… 67 6.7 Scherparameter……………………………………………………………… 67 6.8 Vergleich der eigenen Scherparameter mit Werten aus vorliegenden Veröffentlichungen………………………………………………………….. 68 7. LABORVERSUCHE ZUR ERMITTLUNG DES SPANNUNGS-VERFORMUNGSVERHALTENS……………………………………………………. 69 7.1 Einflüsse bei Kompressionsversuchen……………………………….....….. 69 7.2 Versuchmethoden……………………………………………………...…..… 70 7.2.1 Standard-Oedometer nach DIN 18135………………………….…….… 70 7.2.1.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………...…. 70 7.2.1.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 71 7.2.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung………………………... 71 7.2.2.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………….... 72 7.2.2.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 73 7.2.3 K0-Triaxialversuche im computergesteuerten Versuchsstand GDS…….. 73 7.2.3.1 Gerätebeschreibung und Versuchsprinzip…………………….... 74 7.2.3.2 Datenerfassung und bezogene Setzung………………………… 75 7.3 Vorversuche an zur Ermittlung der Eigenverformungen der Geräte….... 76 7.3.1 Aluminiumdummys im Standard-Oedometer…………………………... 76 7.3.1.1 Versuchsdurchführung………………………………………… 76 7.3.1.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse………. 76 7.3.2 Aluminiumdummys im Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung. 78 7.3.2.1 Versuchsdurchführung………………………………………... 78 7.3.2.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse……… 78 7.3.3 Stahldummys im GDS-Dreiaxialgerät………………………………….. 79 7.3.3.1 Versuchsvorbereitung und Versuchsdurchführung…………….. 80 7.3.3.2 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse…….…. 80 7.3.4 Weitere Einflüsse bei K0-Triaxialversuchen……………………….……81 7.4 Auswertemethoden………………………………………………………….. 82 7.4.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135…………………….... 82 7.4.1.1 Standardoedometer nach DIN 18135…………………………... 82 7.4.1.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 83 7.4.1.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 84 7.4.2 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI …………………... 84 7.4.2.1 Standardoedometer nach DIN 18135……………………….….. 84 7.4.2.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung………………... 85 7.4.2.3 K0-Tiaxialversuch………………………………………….…… 87 7.4.3 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU……………………........ 87 7.4.3.1 Standardoedometer nach DIN 18135………………………....... 87 7.4.3.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 89 7.4.3.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 91 7.4.4 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE……………………………………………… 92 7.4.4.1 Standardoedometer nach DIN 18135………………………...… 92 7.4.4.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………...… 93 7.4.4.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät……………………………. 94 7.5 Probeneinbau und Versuchsdurchführung ungestörter Gipskeuperproben…………………………………………………………... 94 7.5.1 Standardoedometer…………………………………………………….... 94 7.5.2 Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung……………………….... 95 7.5.3 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät…………………………………..… 95 7.6 Vergleichsversuche an homogenen, normalkonsolidierten Proben…….... 96 7.6.1 Allgemeines……………………………………………………………... 96 7.6.2 Herstellung der aufbereiteten Proben……………………………….…... 96 7.6.2.1 Herstellung der Proben aus Lößlehm…………………………... 96 7.6.2.2 Herstellung der Proben aus Opalinuston nach GÜNTSCHE….. 97 7.6.2.3 Herstellung der Probe aus Sand und Opalinuston nach RUPP…. 98 7.6.3 Kompressionsversuche im Standard-Oedometer……………………….. 99 7.6.4 Kompressionsversuche im Oedometer mit kontinuierlicher Laststeigerung…………………………………………………………... 99 7.6.5 K0-Versuche im GDS-Triaxialgerät…………………………………..… 99 7.7 Darstellung und Diskussion der Versuchsergebnisse……………….…… 99 7.7.1 Einbaukennwerte……………………………………………….……… 100 7.7.1.1 Gipskeuper im Oedometer……………………………………. 100 7.7.1.2 Gipskeuper im K0-Tiaxialversuch…………………………….. 100 7.7.1.3 Vergleichsböden im Oedometer………………………………. 101 7.7.1.4 Vergleichsböden im K0-Tiaxialversuch………………………. 101 7.7.2 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135…………………….. 101 7.7.2.1 Gipskeuper……………………………………………………. 101 7.7.2.2 Vergleichsböden………………………………………………. 106 7.7.3 Kompressions- und Schwellindex nach TERZAGHI………………..... 112 7.7.3.1 Gipskeuper…………………………………………................. 112 7.7.3.2 Vergleichsböden……………………………………………..... 114 7.7.4 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU………………………. 116 7.7.4.1 Gipskeuper……………………………………………………. 116 7.7.4.2 Vergleichsböden………………………………………………. 118 7.7.5 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastung nach RUDERT u. FRITSCHE…………………………………………….… 120 7.7.5.1 Gipskeuper………………………………………………..…... 120 7.7.5.2 Vergleichsböden……………………………………………..... 124 8. FELDVERSUCHE…………………………………………………………...….… 130 8.1 Allgemeines…………………………………………………………………. 130 8.2 Plattendruckversuche……………………………………..……………….. 130 8.2.1 Beschreibung der Versuchseinrichtung………………………………... 130 8.2.2 Versuchsdurchführung, Darstellung und Beschreibung der Ergebnisse…………………………………………………………. 131 8.3 Fundamentprobebelastung……………………………………..……….… 132 8.3.1 Vorüberlegungen……………………………………………………..... 132 8.3.2 Versuchsaufbau und Messgeräte………………………………………. 133 8.3.3 Versuchsdurchführung und Messwerterfassung…………………...….. 136 8.3.4 Störungen und Fehlerquellen………………………………………….. 137 8.3.5 Darstellung und Beschreibung der Versuchsergebnisse…………….… 138 8.4 Bewertung und Vergleich der Versuchsergebnisse……………………… 141 9. BAUWERKSMESSUNGEN………………………………………………………... 145 9.1 Allgemeines……………………………………………………………...…. 145 9.2 Messungen des Spannungs-Verformungsverhaltens von Fundamenten…………………………………………………….……. 145 9.2.1 Beschreibung der Messungen…………………………………………. 145 9.2.2 Störungen und Fehlerquellen………………………………………….. 146 9.2.3 Darstellung der Messergebnisse………………………………...……... 147 9.3 Bewertung und Vergleich der Messergebnisse………………………...... 147 10. NACHRECHNUNG DER FELDVERSUCHE UND DER BAUWERKSMESSUNGEN…...149 10.1 Nachrechnungen mit Standardverfahren nach DIN 4019………...…... 149 10.1.1 Allgemeines………………………………………………………… 149 10.1.2 Berechnungsbeispiele………………………………………………. 150 10.2 Nachrechnungen mit numerischen Verfahren…………………………. 154 10.2.1 Allgemeines………………………………………………………… 154 10.2.2 Rechenprogramm…………………………………………………… 155 10.2.3 Verwendete Stoffmodelle……………………………………........... 155 10.2.4 Berechnungsbeispiele………………………………………………. 156 10.3 Bewertung und Vergleich der eigenen Berechnungsergebnisse……….. 161 11. ZUSAMMENFASSENDER VERGLEICH MIT GESAMTBEWERTUNG UND EMPFEHLUNGEN FÜR DIE BAUPRAXIS ……………………………………...…. 162 11.1 Laborversuche…………………………………………………….…….. 162 11.1.1 Steifemodul als Sekantenmodul nach DIN 18135………………… 162 11.1.2 Steifemodul als Tangentenmodul nach JANBU…………………... 168 11.1.3 Steifemodul in Abhängigkeit der Belastungsgeschichte nach RUDERT und FRITSCHE…………………………………... 171 11.2 Nachrechnungen der Feldversuche und der Setzungsmessungen…….175 11.2.1 Berechnungen mit herkömmlichen Verfahren (DIN 4019)….......... 176 11.2.2 Berechnungen mit numerischen Verfahren mit FEM………..……. 180 11.3 Empfehlungen für die Baupraxis aus den erzielten Erkenntnissen...... 181 12. AUSBLICK UND WEITERER FORSCHUNGSBEDARF…………………………….. 183 13. ZUSAMMENFASSUNG…………………………………………………………... 185 LITERATURVERZEICHNIS………………………………………………………..… 188 VERZEICHNIS DER ANHÄNGE……………………………………………….……... 201