Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2006

Thesis--Brunswick. / In Periodical Room.

Universiẗat, Diss., 2006--Kassel. / Gedr. Ausg. im Verl. Kassel Univ. Press erschienen.

Mineralische Abfälle, einschließlich nicht gefährlicher Bauabfälle sind der größte Abfallstrom nach Erreichen eines gewissen Urbanisierungsgrades eines Landes. Dieser Abfallstrom besitzt ein signifikantes Rohstoffpotential zum Ersatz von Primärrohstoffen. Obwohl ein Großteil der Bauabfälle wiederverwendet wird, dienen andere mineralische Materialien wie Aschen oder Schlacken bisher nur zur Verfüllung oder werden auf Deponien abgelagert. Ziel der Untersuchungen ist es, die Nutzbarkeit von Ersatzbaustoffen in höherwertigen Anwendungen, wie z.B. KBE-Konstruktionen zu eruieren. Ferner sollen Einsatzmöglichkeiten von Ersatzbaustoffen in Grüner Infrastruktur erprobt werden. Neben technischen und Umweltanforderungen ist die Materialbegrünbarkeit relevant. Das Untersuchungskonzept beinhaltet bodenmechanische Labortests sowie Begrünungsversuche an Ersatzbaustoffen. Im nächsten Schritt ist die Errichtung einer KBE-Konstruktion unter vollständiger Substitution der Primärbaustoffe geplant.

Das Zugtragverhalten von bewehrten und unbewehrten Bauteilen wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Maßgeblich wird es von der Festigkeit des verwendeten Betons, dem Verbundverhalten zwischen Bewehrung und Beton sowie vom vorhandenen Spannungszustand im Bauteil bestimmt. In der Regel werden im täglichen Planungsgeschäft des Ingenieurs einaxiale Spannungszustände unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Betons aus den Standardprüfungen betrachtet. Jedoch treten in einer Vielzahl von Anwendungen mehraxiale Spannungszustände auf. Beispielhaft sollen hier Bereiche von zweiachsig spannenden Deckenplatten, in Bereichen von Rahmenecken, rotationssymmetrischen Bauwerkshüllen sowie bei Brückenbauwerken mit durchlaufender Fahrbahn im Bereich der Stützen genannt werden. Normative Regelungen sehen bisher im Falle einer zweiaxialen Druckbeanspruchung lediglich die Erhöhung der Druckfestigkeit bzw. Verbundspannung vor. Regelungen zur Festigkeit des Betons unter zweiaxialer Zugbelastung existieren dagegen nicht. Daraus abgeleitet stellt sich die Frage, welchen Einfluss eine zweiaxiale Zugbeanspruchung auf das Festigkeits- und Verformungsverhalten von unbewehrten und bewehrten Bauteilen ausübt. Mit Blick auf übliche Konstruktionsbetone sollen diese Fragestellungen für einen Beton C20/25 und C40/50 geklärt werden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden hierzu Versuche an unbewehrten Betonsscheiben und gemischt bewehrten Bauteilen durchgeführt. Das im CEB-FIP MODELL CODE 90 vorgestellte Modell zur Beschreibung des einaxialen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens bildet das reale Verhalten von Beton unter zweiaxialer Zugbelastung nur ungenügend ab. Hierfür werden Modelle zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Beton unter Berücksichtigung von zweiaxialen Spannungszuständen für einen Beton C20/25 und C40/50 entwickelt. Weiterhin werden Bruchkriterien für die zwei Betonsorten vorgestellt, mit denen die Zugfestigkeit des Betons unter zweiaxialer Zugbelastung bestimmt werden kann. Während bei einem Beton C20/25 die zweiaxiale Zugfestigkeit annähernd der einaxialen Zugfestigkeit entspricht, so nimmt die Zugfestigkeit des Betons C40/50 unter zweiaxialer Zugbelastung um ca. 25% ab. Hinsichtlich der Bruchdehnungen unter zweiaxialer Zugbelastung wurde festgestellt, dass diese mit steigendem Spannungsverhältnis 1 : 2 abnehmen. Darüber hinaus bilden die Modelle zur Bestimmung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens des unbewehrten Betons die Versuchsergebnisse sehr gut ab. Mit Hilfe der hier vorliegenden Ergebnisse können somit das Verformungs- und Festigkeitsverhalten von Beton unter zweiaxialer Zugbelastung sehr gut abgebildet werden. In Bauteilversuchen wurde das Verformungsverhalten unter zweiaxialer Zugbelastung von gemischt bewehrten Bauteilen untersucht. Die Bestimmung der Verformungen erfolgte hierbei mittels Dehnmessstreifen auf der Betonoberfläche, dem schlaffen Bewehrungsstahl und dem im nachträglichen Verbund liegenden Spannglied. Ein indirekter Nachweis des Einflusses auf das Verbundverhalten des Spanngliedes erfolgte. Es wurde aufgezeigt, dass unter zweiaxialer Zugbelastung die Dehnungen im Spannstahl infolge der Längsrissbildung über dem Hüllrohr abnehmen. Dies lässt die Aussage zu, dass die Verbundwirkung des Spanngliedes durch eine orthogonal wirkende Zugbelastung negativ beeinflusst wird. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wird eine Empfehlung für den Einsatz von Dehnmessstreifen zur Bestimmung der Verformungen auf einbetonierten Betonstählen gegeben. Die Berechnung der Erstrisslasten aus den Bauteilversuchen mit den entwickelten Bruchkriterien hat eine sehr gute Übereinstimmung ergeben. / The tensile load-bearing characteristics of structural elements made of reinforced or non-reinforced concrete is influenced by a number of factors. Mainly it depends on the strength of the concrete, the interaction between the concrete and the rebar, and the state of stress in the concrete element. Traditionally the designing engineer examines uni-axial stress conditions under consideration of the material properties of the concrete based on standard tests. However, multiple-stress conditions apply for a number of application of such elements, e.g. in concrete slabs designed for bi-axial load bearing, in the joints of frames, in axial symmetrical constructions, or in the intersections of column and deck of multi-span bridges. The commonly used design standard recommends the increase of the compression strength of the concrete or the bond stress for cases of bi-axial load-bearing caused by compression. However, no recommendations are given for the design strength of a concrete under bi-axial tensile stress. Therefore it is interesting to know how a bi-axial tensile stress is influencing the load-bearing and deformation behaviour of structural elements made of reinforced or non-reinforced concrete. This has been investigated for two commonly used concretes (C20/25 and C40/50). Part of an earlier research programme was to perform trials on slabs made of reinforced and non-reinforced concrete. In result a model CEB-FIP MODELL CODE 90 was introduced to describe the deformation of the slab due to a uni-axial stress. However, the model does not satisfactory describe the real behaviour of the slab under a bi-axial tensile stress. In this dissertation a new model will be presented to describe the deformation behaviour of a Concrete C20/25 and a Concrete C40/50 under bi-axial tensile stress. Furthermore, criteria for the two concretes are introduced to describe the ultimate limit state under bi-axial tensile stress. It has been found the bi-axial tensile strength of a Concrete C20/25 is comparable to its uni-axial strength. In difference, the tensile strength of a Concrete C40/50 is decreased by 25% when subject to bi-axial stress. The ultimate limit stress due to bi-axial tensile stress decreases with increasing ratio of the stress 1 : 2. The Strains 1 and 2 are the strains as a result of the biaxial tensile forces in the main directions. The presented model to describe the strain-stress behaviour of an unreinforced concrete is found to agree well with the observations from the trials. Based on the results of this thesis it is possible to describe the strain-stress behaviour of concrete under bi-axial tensile stress. The stress-strain behaviour of structural elements has been investigated under bi-axial tensile stresses. Strains have been monitored with strain-gauges fixed to the surface of the concrete, to the rebars and to the post-tensioning tendons. Therefore, the influence to the interaction of tendon and concrete has been demonstrated indirectly. Furthermore, it has been shown the strain of the tendon decreases following the development of cracks along the grout tube due to the application of bi-axial tensile stress. It can be concluded the bound of the tendon is influenced adversely by tensile stresses applied in perpendicular direction. Recommendations are given for the application of strain-gauges to measure strains of rebars set in concrete. Based on these trials, the estimation of the critical stress to develop initial cracks has been found in good agreement to the presented criteria.

Geokunststoffe sind beständige Produkte aus Polymeren, die in Boden eingelegt werden um geotechnische Probleme zu lösen. Eine Kategorie der Geokunststoffe sind Geogitter, bei denen die Längs- und Querelemente eine offene, gitterförmige Struktur bilden und die meist zur Bodenbewehrung eingesetzt werden. Ihre Verwendung zur Bewehrung von gering tragfähigen Böden für kunststoffbewehrte Erd- und Stützbauwerke kann enorme ökologische und ökonomische Vorteile bieten. Trotz der Tatsache, dass die Verwendung von Geogittern in den letzten Jahren stark zugenommen hat, sind die Grundlagen zum Bau und zur Bemessung limitiert. Besonders die Schlüsselfrage, wie Geogitter und verschiedene Lockergesteine in unterschiedlichen Belastungssituationen interagieren, ist ingenieursmäßig nur lückenhaft untersucht worden. Im Rahmen dieser Dissertation wurde deshalb in über 250 großmaßstäblichen Scher-, Herauszieh- und Reibungsversuchen das Verbundverhalten Geokunststoff/Locker¬gestein eingehend untersucht. Dazu wurden 14 handelsübliche Geogitter, die teilweise auch modifiziert wurden, in dem Interaktionsprüfgerät des Institutes für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg mit verschiedenen Böden systematisch getestet. Die vielen Versuchsanordnungen und die aus ihnen abgeleiteten Überlegungen und gewonnenen Erkenntnisse belegten, dass die wichtigsten Parameter interagieren, und zwar in verschiedenen Abhängigkeiten wie weitere Variationen der Bodenparameter (Kornverteilung, Wassergehalte, Verdichtung, Bindemittelzusatz etc.), der unterschiedlichen Geogitterparameter (Oberflächenbeschaffenheit, Struktur, etc.) und der Belastung gezeigt haben. Darüber hinaus wurde das Interaktionsprüfgerät für zukünftige Versuche weiterentwickelt (Entkopplung des Versuchseinbaus vom Versuchsgerät usw.). Der Fokus der Forschungsarbeit lag dabei in der Schaffung von Grundlagenkenntnissen für den gemeinsamen Einsatz von bindigen Lockergesteinen und Geokunststoffen. Bei rolligen Böden zeigte sich, dass die Rautiefe sich stärker (positiv) auf die Widerstände auswirkt als bei den bindigen Böden. Hingegen waren bei bindigen Böden die Auswirkungen durch eine Erhöhung der Querelemente deutlicher. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass dreidimensionale Querelemente das Verbundverhalten verbessern und Tests an Geogittern mit einem größeren Verhältnis von Öffnungsweite zu Maschenweite zeigten höhere Adhäsionswerte. Die Reibungsversuche hatten einen gleichmäßigeren Verlauf und geringere Streuungen zwischen den unterschiedlichen Geogittern, weshalb aufgrund der deutlicheren Unterschiede zwischen den Produkten bei den Herausziehversuchen detaillierte Schlussfolgerungen gezogen werden konnten. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Bemessungsgrundlagen und ermöglicht ein detaillierteres Verständnis des Verbundverhaltens. Des Weiteren werden Vorschläge ausgearbeitet die im Labor erzielten Ergebnisse auf die Baupraxis zu übertragen, wie zum Beispiel durch das Vermeiden von Trennflächen zwischen Geogitter und Boden bei der Verdichtung. / Geosynthetics are durable polymeric products placed in soil to help solve civil engi-neering problems; one category of these is geogrids. Geogrids are polymers formed into an open, grid-like configuration and function primarily as soil reinforcement. Their use to reinforce soil with weak bearing capacity could have big ecological and economical advantages. Although geogrid use has grown in recent years, there is still limited design information available due to the wide variety of design configurations and soil variability. One of the key factors lacking for more widespread engineering implementation is a greater understanding of the interaction between various geogrids and soil combinations when exposed to different load effects. In more than 250 shear, pull-out, and friction tests, this interaction behavior was examined in detail. Fourteen general geogrids (sometimes additionally modified) using dif-ferent soil types were systematically tested in the Interaction Testing Device at the Geotechnical Institute of the TU Bergakademie Freiberg. Combining the huge quantity of test results with a theoretical analysis, the main parameters which affect soil behavior could be defined. Furthermore the Interaction Testing Device could be improved for test in future. Our analysis showed us that the roughness of the geogrid has more of a beneficial impact on the strength of frictional soils than it does for silty soils. Silty soils however, were more affected by the height of cross elements in the geogrid than other types. It was also observed that 3D elements in the cross machine direction improve the interaction behavior. Tests with geogrids which have a bigger ratio of opening size to mesh size showed higher adhesion values. The friction test results were more regular, had a uniform progress and had smaller differences between geogrid configurations. Therefore, conclusions with higher certainty could be drawn from the pull-out tests with the differential results. The present research contributes to the limited design information to help provide a better understanding of the interaction behavior. Furthermore, suggestions are given to use the laboratory detected results in real-world applications, one of which is the way of compaction to minimize the potential for creating a slip-surface between the geogrid and soil.

Geokunststoffe sind beständige Produkte aus Polymeren, die in Boden eingelegt werden um geotechnische Probleme zu lösen. Eine Kategorie der Geokunststoffe sind Geogitter, bei denen die Längs- und Querelemente eine offene, gitterförmige Struktur bilden und die meist zur Bodenbewehrung eingesetzt werden. Ihre Verwendung zur Bewehrung von gering tragfähigen Böden für kunststoffbewehrte Erd- und Stützbauwerke kann enorme ökologische und ökonomische Vorteile bieten. Trotz der Tatsache, dass die Verwendung von Geogittern in den letzten Jahren stark zugenommen hat, sind die Grundlagen zum Bau und zur Bemessung limitiert. Besonders die Schlüsselfrage, wie Geogitter und verschiedene Lockergesteine in unterschiedlichen Belastungssituationen interagieren, ist ingenieursmäßig nur lückenhaft untersucht worden. Im Rahmen dieser Dissertation wurde deshalb in über 250 großmaßstäblichen Scher-, Herauszieh- und Reibungsversuchen das Verbundverhalten Geokunststoff/Locker¬gestein eingehend untersucht. Dazu wurden 14 handelsübliche Geogitter, die teilweise auch modifiziert wurden, in dem Interaktionsprüfgerät des Institutes für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg mit verschiedenen Böden systematisch getestet. Die vielen Versuchsanordnungen und die aus ihnen abgeleiteten Überlegungen und gewonnenen Erkenntnisse belegten, dass die wichtigsten Parameter interagieren, und zwar in verschiedenen Abhängigkeiten wie weitere Variationen der Bodenparameter (Kornverteilung, Wassergehalte, Verdichtung, Bindemittelzusatz etc.), der unterschiedlichen Geogitterparameter (Oberflächenbeschaffenheit, Struktur, etc.) und der Belastung gezeigt haben. Darüber hinaus wurde das Interaktionsprüfgerät für zukünftige Versuche weiterentwickelt (Entkopplung des Versuchseinbaus vom Versuchsgerät usw.). Der Fokus der Forschungsarbeit lag dabei in der Schaffung von Grundlagenkenntnissen für den gemeinsamen Einsatz von bindigen Lockergesteinen und Geokunststoffen. Bei rolligen Böden zeigte sich, dass die Rautiefe sich stärker (positiv) auf die Widerstände auswirkt als bei den bindigen Böden. Hingegen waren bei bindigen Böden die Auswirkungen durch eine Erhöhung der Querelemente deutlicher. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass dreidimensionale Querelemente das Verbundverhalten verbessern und Tests an Geogittern mit einem größeren Verhältnis von Öffnungsweite zu Maschenweite zeigten höhere Adhäsionswerte. Die Reibungsversuche hatten einen gleichmäßigeren Verlauf und geringere Streuungen zwischen den unterschiedlichen Geogittern, weshalb aufgrund der deutlicheren Unterschiede zwischen den Produkten bei den Herausziehversuchen detaillierte Schlussfolgerungen gezogen werden konnten. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Bemessungsgrundlagen und ermöglicht ein detaillierteres Verständnis des Verbundverhaltens. Des Weiteren werden Vorschläge ausgearbeitet die im Labor erzielten Ergebnisse auf die Baupraxis zu übertragen, wie zum Beispiel durch das Vermeiden von Trennflächen zwischen Geogitter und Boden bei der Verdichtung. / Geosynthetics are durable polymeric products placed in soil to help solve civil engi-neering problems; one category of these is geogrids. Geogrids are polymers formed into an open, grid-like configuration and function primarily as soil reinforcement. Their use to reinforce soil with weak bearing capacity could have big ecological and economical advantages. Although geogrid use has grown in recent years, there is still limited design information available due to the wide variety of design configurations and soil variability. One of the key factors lacking for more widespread engineering implementation is a greater understanding of the interaction between various geogrids and soil combinations when exposed to different load effects. In more than 250 shear, pull-out, and friction tests, this interaction behavior was examined in detail. Fourteen general geogrids (sometimes additionally modified) using dif-ferent soil types were systematically tested in the Interaction Testing Device at the Geotechnical Institute of the TU Bergakademie Freiberg. Combining the huge quantity of test results with a theoretical analysis, the main parameters which affect soil behavior could be defined. Furthermore the Interaction Testing Device could be improved for test in future. Our analysis showed us that the roughness of the geogrid has more of a beneficial impact on the strength of frictional soils than it does for silty soils. Silty soils however, were more affected by the height of cross elements in the geogrid than other types. It was also observed that 3D elements in the cross machine direction improve the interaction behavior. Tests with geogrids which have a bigger ratio of opening size to mesh size showed higher adhesion values. The friction test results were more regular, had a uniform progress and had smaller differences between geogrid configurations. Therefore, conclusions with higher certainty could be drawn from the pull-out tests with the differential results. The present research contributes to the limited design information to help provide a better understanding of the interaction behavior. Furthermore, suggestions are given to use the laboratory detected results in real-world applications, one of which is the way of compaction to minimize the potential for creating a slip-surface between the geogrid and soil.

Das Zugtragverhalten von bewehrten und unbewehrten Bauteilen wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Maßgeblich wird es von der Festigkeit des verwendeten Betons, dem Verbundverhalten zwischen Bewehrung und Beton sowie vom vorhandenen Spannungszustand im Bauteil bestimmt. In der Regel werden im täglichen Planungsgeschäft des Ingenieurs einaxiale Spannungszustände unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Betons aus den Standardprüfungen betrachtet. Jedoch treten in einer Vielzahl von Anwendungen mehraxiale Spannungszustände auf. Beispielhaft sollen hier Bereiche von zweiachsig spannenden Deckenplatten, in Bereichen von Rahmenecken, rotationssymmetrischen Bauwerkshüllen sowie bei Brückenbauwerken mit durchlaufender Fahrbahn im Bereich der Stützen genannt werden. Normative Regelungen sehen bisher im Falle einer zweiaxialen Druckbeanspruchung lediglich die Erhöhung der Druckfestigkeit bzw. Verbundspannung vor. Regelungen zur Festigkeit des Betons unter zweiaxialer Zugbelastung existieren dagegen nicht. Daraus abgeleitet stellt sich die Frage, welchen Einfluss eine zweiaxiale Zugbeanspruchung auf das Festigkeits- und Verformungsverhalten von unbewehrten und bewehrten Bauteilen ausübt. Mit Blick auf übliche Konstruktionsbetone sollen diese Fragestellungen für einen Beton C20/25 und C40/50 geklärt werden. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurden hierzu Versuche an unbewehrten Betonsscheiben und gemischt bewehrten Bauteilen durchgeführt. Das im CEB-FIP MODELL CODE 90 vorgestellte Modell zur Beschreibung des einaxialen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens bildet das reale Verhalten von Beton unter zweiaxialer Zugbelastung nur ungenügend ab. Hierfür werden Modelle zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Beton unter Berücksichtigung von zweiaxialen Spannungszuständen für einen Beton C20/25 und C40/50 entwickelt. Weiterhin werden Bruchkriterien für die zwei Betonsorten vorgestellt, mit denen die Zugfestigkeit des Betons unter zweiaxialer Zugbelastung bestimmt werden kann. Während bei einem Beton C20/25 die zweiaxiale Zugfestigkeit annähernd der einaxialen Zugfestigkeit entspricht, so nimmt die Zugfestigkeit des Betons C40/50 unter zweiaxialer Zugbelastung um ca. 25% ab. Hinsichtlich der Bruchdehnungen unter zweiaxialer Zugbelastung wurde festgestellt, dass diese mit steigendem Spannungsverhältnis 1 : 2 abnehmen. Darüber hinaus bilden die Modelle zur Bestimmung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens des unbewehrten Betons die Versuchsergebnisse sehr gut ab. Mit Hilfe der hier vorliegenden Ergebnisse können somit das Verformungs- und Festigkeitsverhalten von Beton unter zweiaxialer Zugbelastung sehr gut abgebildet werden. In Bauteilversuchen wurde das Verformungsverhalten unter zweiaxialer Zugbelastung von gemischt bewehrten Bauteilen untersucht. Die Bestimmung der Verformungen erfolgte hierbei mittels Dehnmessstreifen auf der Betonoberfläche, dem schlaffen Bewehrungsstahl und dem im nachträglichen Verbund liegenden Spannglied. Ein indirekter Nachweis des Einflusses auf das Verbundverhalten des Spanngliedes erfolgte. Es wurde aufgezeigt, dass unter zweiaxialer Zugbelastung die Dehnungen im Spannstahl infolge der Längsrissbildung über dem Hüllrohr abnehmen. Dies lässt die Aussage zu, dass die Verbundwirkung des Spanngliedes durch eine orthogonal wirkende Zugbelastung negativ beeinflusst wird. Aufbauend auf den Versuchsergebnissen wird eine Empfehlung für den Einsatz von Dehnmessstreifen zur Bestimmung der Verformungen auf einbetonierten Betonstählen gegeben. Die Berechnung der Erstrisslasten aus den Bauteilversuchen mit den entwickelten Bruchkriterien hat eine sehr gute Übereinstimmung ergeben. / The tensile load-bearing characteristics of structural elements made of reinforced or non-reinforced concrete is influenced by a number of factors. Mainly it depends on the strength of the concrete, the interaction between the concrete and the rebar, and the state of stress in the concrete element. Traditionally the designing engineer examines uni-axial stress conditions under consideration of the material properties of the concrete based on standard tests. However, multiple-stress conditions apply for a number of application of such elements, e.g. in concrete slabs designed for bi-axial load bearing, in the joints of frames, in axial symmetrical constructions, or in the intersections of column and deck of multi-span bridges. The commonly used design standard recommends the increase of the compression strength of the concrete or the bond stress for cases of bi-axial load-bearing caused by compression. However, no recommendations are given for the design strength of a concrete under bi-axial tensile stress. Therefore it is interesting to know how a bi-axial tensile stress is influencing the load-bearing and deformation behaviour of structural elements made of reinforced or non-reinforced concrete. This has been investigated for two commonly used concretes (C20/25 and C40/50). Part of an earlier research programme was to perform trials on slabs made of reinforced and non-reinforced concrete. In result a model CEB-FIP MODELL CODE 90 was introduced to describe the deformation of the slab due to a uni-axial stress. However, the model does not satisfactory describe the real behaviour of the slab under a bi-axial tensile stress. In this dissertation a new model will be presented to describe the deformation behaviour of a Concrete C20/25 and a Concrete C40/50 under bi-axial tensile stress. Furthermore, criteria for the two concretes are introduced to describe the ultimate limit state under bi-axial tensile stress. It has been found the bi-axial tensile strength of a Concrete C20/25 is comparable to its uni-axial strength. In difference, the tensile strength of a Concrete C40/50 is decreased by 25% when subject to bi-axial stress. The ultimate limit stress due to bi-axial tensile stress decreases with increasing ratio of the stress 1 : 2. The Strains 1 and 2 are the strains as a result of the biaxial tensile forces in the main directions. The presented model to describe the strain-stress behaviour of an unreinforced concrete is found to agree well with the observations from the trials. Based on the results of this thesis it is possible to describe the strain-stress behaviour of concrete under bi-axial tensile stress. The stress-strain behaviour of structural elements has been investigated under bi-axial tensile stresses. Strains have been monitored with strain-gauges fixed to the surface of the concrete, to the rebars and to the post-tensioning tendons. Therefore, the influence to the interaction of tendon and concrete has been demonstrated indirectly. Furthermore, it has been shown the strain of the tendon decreases following the development of cracks along the grout tube due to the application of bi-axial tensile stress. It can be concluded the bound of the tendon is influenced adversely by tensile stresses applied in perpendicular direction. Recommendations are given for the application of strain-gauges to measure strains of rebars set in concrete. Based on these trials, the estimation of the critical stress to develop initial cracks has been found in good agreement to the presented criteria.

Die Verbundkonstruktion aus Bodenmaterial und Geogitter bietet vielfältige Möglichkeiten zur kosteneffizienten Realisierung komplexer geotechnischer Bauvorhaben. Die wirkenden Effekte innerhalb des Verzahnungsbereiches von Geogitter und Bodenkörnern, die maßgeblich zur Stabilisierung des Verbundsystems beitragen, sind jedoch bislang nur unzureichend beschrieben bzw. nachgewiesen. Die Fortschritte auf dem Gebiet der numerischen Simulation, insbesondere hinsichtlich diskontinuumsmechanischer Verfahren, eröffnen innovative Möglichkeiten zur Analyse der Wirkungsmechanismen auf mikromechanischer Ebene. Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich daher mit der Entwicklung und Validierung numerischer Modelle in PFC3D, basierend auf den Randbedingungen und Ergebnissen von systematisch durchgeführten Laborversuchen, zur Reproduktion des natürlichen Interaktionsverhaltens innerhalb eines Geogitter-Boden Verbundsystems. Ein spezieller Fokus richtet sich auf die Modellierung granularer Böden unter Berücksichtigung der wesentlichen kornspezifischen Merkmale, insbesondere der Kornform. Die modelltechnische Beschreibung von Bodenkörnern erfolgt unter Anwendung der sog. Clump-Logik und basiert hauptsächlich auf den Ergebnissen einer fotooptischen Messmethode. Ein neu entwickeltes Verfahren zur Generierung von Kornzusammensetzungen mit spezifischer Lagerungsdichte wird vorgestellt. Die Kalibrierung eines einheitlichen mikromechanischen Parametersatzes zur Reproduktion des bodenmechanischen Verhaltens erfolgt anhand der Simulation von fünf standardisierten Prüfverfahren. Die charakteristische Struktur eines ausgewählten Geogitters wird modelltechnisch implementiert sowie das Verhalten unter Zug- und Torsionsbeanspruchung reproduziert. Der Nachweis eines realistischen Interaktionsverhaltens umfasst die Kalibrierung der Kontaktparameter zwischen den modellierten Verbundkomponenten anhand der Simulation von Herausziehversuchen. Die labor- und modelltechnische Entwicklung spezieller Interaktionsversuche ermöglicht es, präzise Aussagen zum Verbundverhalten unter verschiedenen Belastungssituationen zu treffen. Die wesentlichen Wirkungsmechanismen und Effekte werden unter Berücksichtigung von signifikanten Kennwerten quantifiziert, um zum einen die Effizienz dieser speziellen polymeren Baustoffe zu analysieren und zum anderen eine Grundlage zur Beurteilung und Bemessung von geogitterbewehrten Konstruktionen anhand von allgemeingültigen Systemparametern zu schaffen.