The increasing need for regional development has led engineers to find safe ways to construct the infrastructure of transportation on soft soils. Soft soil is not able to sustain external loads without having large deformations. The geotechnical properties of soft soil which is known for its low bearing capacity, high water content, high compressibility and long term settlement as well. In pavement engineering, either highway or runway as an infrastructure, a pavement encompasses three important parts namely traffic load, pavement and subgrade. Traffic load generated from tire pressure of vehicle and/or airplane wheels are usually around 550 kPa even more on the surface of the pavement. Pavement generally comprises granular materials with unbounded or bounded materials located between traffic load and subgrade, distributing the load to surface of subgrade. One of the promising soil improvement techniques is a piled embankment. When geosynthetics layer is unrolled over piles, it is known as geosynthetics supported piled embankment. Particularly in deep soft soil, when piles do not reach a hard stratum due to large thickness of the soft soil, the construction is an embankment on floating piles. Furthermore, because of different stiffness between piles and subsoil, soil arching effect would be developed there. By using Finite Element analysis, some findings resulted from experimental works and several field tests around the world as field case studies are verified. Some important findings are as follows: the stress concentration ratio is not a single value, but it would be changed depending on the height of embankment, consolidation process of subsoil, surcharge of traffic load, and tensile modulus of geosynthetics as well. Ratio height of embankment to clear piles spacing (h/s) around 1.4 can be used as a critical value to distinguish between low embankment and high embankment. When geosynthetics is applied to reinforce a pavement/embankment, the vertical distance of geosynthetics layers and number of geosynthetics layers depend on the quality of pavement material. The lower layer of geosynthetics withstands a tensile stress higher than upper layer. Primary reinforcements for geosynthetics in piled embankments are located at span between piles with maximum strains at zones of adjacent piles. Traffic load that passes through on the surface of the pavement can reduce the soil arching, but it can be restored during the off peak hours. Settlements of embankments on floating piles can accurately be modelled using the consolidation calculation type, whereas the end-bearing piles may be used the plastic calculation type. Longer piles can be effectively applied to reduce a creep. By applying length of floating piles more than 20% of soft soil depth, it would have a significant impact to reduce a creep on a deep soft soil.

Durch Umwandlung unterschiedlichster Formen von Energie in mechanische oder elektrische Energie wird die Menschheit seit Jahrhunderten bei der Umsetzung von Arbeitsprozessen im Alltag und bei der industriellen Nutzung unterstützt. Strömende Medien wie Wasser oder Wind gelten dabei als die ältesten Energielieferanten. Im Rahmen der Dissertation wird das Konzept einer zugspannungsverankerten Plattform für Offshore Windenergieanlagen (WEA) vorgestellt, wobei neben den, für diesen Plattformtyp typischen, vertikalen auch geneigte Verankerungselemente Verwendung finden. Diese Art der Verspannung einer zugspannungsverankerten Plattform, respektive ’Tension Leg Platfrom’ (TLP) ist bisher von keiner Quelle bekannt und stellt ein Alleinstellungsmerkmal dar. Folglich sollen Untersuchungen zum dynamischen Verhalten schwimmender Gründungen für Offshore WEA, im Speziellen zu einer TLP mit vertikalen und geneigten Ankerelementen, im Rahmen dieser Arbeit erstmalig vorgestellt werden. Die Plattform ist ein modular gestaltetes Tragwerk bestehend aus großen Rohren und mit integrierten zylindrischen Auftriebskörpern. Diese erzeugen im Transportzustand der Plattform vom Hafen zum Einsatzort und im Betriebszustand innerhalb eines Windparks den nötigen Auftrieb. Infolge der speziellen Art der Verspannung werden die Bewegungen der TLP durch die, aus den Belastungen resultierenden, Seildehnungen dominiert. Damit stellte die TLP im Vergleich zu anderen schwimmenden Gründungen ein bewegungsarmes System dar. Inhalt der hier vorgelegten Arbeit sind Untersuchungen zum dynamischen Verhalten schwimmender Offshoregründungen, im speziellen einer TLP für Windenergieanlagen. Es wurden unterschiedliche Tragstrukturen für TLP-Systeme entwickelt und im Rahmen von Modellversuchen getestet. Den Kern der Arbeit bildet der Vergleich des dynamischen Tragverhaltens der unterschiedlichen Plattformen unter Berücksichtigung der geometrischen und strukturellen Randbedingungen.

Mit dem neu entwickelten Berechnungsmodell für vorgespannte Spreizkopfanker zur Firstsicherung im Kali- und Steinsalzbergbau können die Ankertechnologie und das Tragverhalten der Anker realistisch berücksichtigt werden. Für das Last-Verformungsverhalten bei Scherbeanspruchung und dynamischer Beanspruchung durch Sprengerschütterungen werden auf experimenteller Basis theoretische Modellvorstellungen neu entwickelt und numerisch umgesetzt. In einem in situ-Sprengversuch können wesentliche Erkenntnisse zum Schwingungsverhalten des Salinargesteins im unmittelbaren Nahbereich einer Gewinnungssprengung gefunden werden. Mit Hilfe messtechnisch instrumentierter Anker wird der Verlauf der Vorspannkraft während des gesamten Sprengzyklus gemessen. Aus der Berechnung und Analyse komplexer numerischer Modelle werden Aussagen zum Einfluss des Ankerabstandes von der Firstkante auf die Vorspannkraftreduktion abgeleitet und das Ankerverhalten unter dem Einfluss des mehrfachen Übersprengens im Gewinnungszyklus diskutiert. / The newly developed calculation model for pre-stressed expansion-shell rock bolts for roof support in potash and rock salt mining enables the bolting technology and the load-bearing behavior of the rock bolts to be realistically taken into account. For the load-deformation behavior under shear stress and dynamic stress due to blasting vibrations, theoretical model concepts are newly developed on an experimental basis and numerically implemented. In an in situ blasting test, fundamental insights into the vibration behavior of the saline rock in the immediate vicinity of a mining blast can be found. With the help of instrumented rock bolts, the development of the pre-stressing force is monitored during the entire blasting cycle. From the calculation and analysis of complex numerical models, statements on the influence of the bolt's distance from the face on the pre-stressing force's reduction are derived and the bolt's behavior under the influence of multiple overblasting in the extraction cycle is discussed.

Short fibres of different materials are used for crack bridging in strain-hardening cement-based composites (SHCC). Their mechanical properties and the fibre-matrix interphase on the micro level have a significant influence on the macroscopic component properties. Investigations on the specific modification and adaptation of fibre properties in relation with the failure mechanisms at different strain rates hardly exist so far, since mainly commercially available fibres are used. In the frame of this work, two different fibre types – polypropylene (PP) fibres and alkali-resistant (AR) glass fibres – were produced on lab spinning devices and the properties were adapted in such a way that fundamental correlations between the influence of fibre geometry, mechanical properties, chemical functionalities and surface structure on the behaviour during fibre pull-out from the concrete matrix can be derived. The PP fibres were produced with different degrees of stretching, cross-sectional geometries (circular, trilobal) and fibre diameters, as well as without and with sizing. The resulting changes in the crystallinity of the PP structure, surface roughness and wetting behaviour could be demonstrated by differential scanning calorimetry (DSC), roughness measurements by atomic force microscopy (AFM), and contact angle measurements. AR glass fibres were used in the unsized state and various chemical surface treatments were applied. Aqueous polymer dispersions of different materials were characterized in detail regarding particle size, pH value, solid content, and surface tension. In addition, their film-forming properties were evaluated using prepared polymer films. Furthermore, the influence of cross-linking agents on the thermal and mechanical stability of polyurethane sizings was investigated using thermal analysis methods. After application of the sizings to the AR glass surface, changes in surface structure and roughness could be observed by scanning electron microscopy (SEM) and AFM. The amount of sizing, or rather the polymer content on the fibres, was systematically increased and investigated in the non-cross-linked and cross-linked state with respect to energy absorption during fibre pull-out. Using a high-strength concrete matrix, all modified PP and AR glass fibres were used to produce and test single-fibre model composites by single-fibre pull-out tests, whereby the fibre pull-out was either quasi-static or dynamic. Based on the test results, design strategies for PP and AR glass fibres were derived at the end of the thesis. / Für die Rissüberbrückung in hochduktilen Betonen (Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) werden Kurzfasern verschiedener Materialien eingesetzt. Ihre mechanischen Eigenschaften und die Faser-Matrix-Grenzschicht auf der Mikroebene beeinflussen die makroskopischen Bauteileigenschaften deutlich. Untersuchungen zur gezielten Veränderung und Anpassung von Fasereigenschaften im Zusammenhang mit den Versagensmechanismen bei unterschiedlichen Dehnraten existieren bisher kaum, da überwiegend kommerziell verfügbare Fasern eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher zwei verschiedene Fasertypen – Polypropylen (PP)-Fasern und alkaliresistente (AR)-Glasfasern – an Laborspinnanlagen selbst hergestellt und die Eigenschaften so angepasst, dass sich grundlegende Zusammenhänge zwischen dem Einfluss von Fasergeometrie, mechanischen Eigenschaften, chemischen Funktionalitäten und Oberflächenstruktur auf das Verhalten bei Faserauszug aus der Betonmatrix ableiten lassen. Die PP-Fasern wurden mit verschiedenen Verstreckungsgraden, Querschnittsgeometrien (rund, trilobal), Faserdurchmessern sowie ohne und mit Schlichte hergestellt. Die dadurch hervorgerufenen Eigenschaftsveränderungen hinsichtlich Kristallinität der PP-Struktur, der Oberflächenrauheit und des Benetzungsverhaltens konnten durch dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), Rauheitsmessungen mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Kontaktwinkelmessungen nachgewiesen werden. AR-Glasfasern wurden im ungeschlichteten Zustand verwendet und verschiedene chemische Oberflächenbehandlungen durchgeführt. Es wurden wässrige Polymerdispersionen verschiedener Materialien detailliert hinsichtlich ihrer Partikelgröße, pH-Wert, Feststoffgehalt und Oberflächenspannung charakterisiert sowie ihre Filmbildungseigenschaften anhand hergestellter Polymerfilme bewertet. Weiterhin wurde der Einfluss von Vernetzern auf die thermische und mechanische Stabilität von Polyurethanschlichten mit Methoden der thermischen Analyse untersucht. Nach dem Applizieren der Schlichten auf die AR-Glasoberfläche konnten Veränderungen der Oberflächenstruktur und Rauheit mit Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie AFM beobachtet werden. Die Schlichtemenge bzw. der Polymeranteil auf den Fasern wurde systematisch erhöht und im unvernetzten sowie vernetzten Zustand hinsichtlich der Energieabsorption bei Faserauszug untersucht. Mit allen modifizierten PP-Fasern und AR-Glasfasern wurden unter Einsatz einer hochfesten Betonmatrix Einzelfaser-Modellverbunde zur Durchführung von Einzelfaserauszugversuchen (Single-Fibre Pull-Out) hergestellt und geprüft, wobei der Faserauszug entweder quasistatisch oder dynamisch erfolgte. Basierend auf den Versuchsergebnissen wurden am Ende der Arbeit für PP-Fasern und AR-Glasfasern Designstrategien abgeleitet.