Diss., 2007--Eidg. Technische Hochschule Zürich.

Am 16. April 2020 sollte das Leipziger Kolloquium „Forschung in der Geotechnik“ an der HTWK Leipzig stattfinden. Ab Frühjahr 2020 konnten viele Ideen aufgrund der Ausbreitung des Coronavirus SARS-CoV-2 und der damit einhergehenden Beschränkungen nicht verwirklicht werden – so auch diese Veranstaltung. Uns war es als Veranstalter jedoch wichtig, die eingereichten Beiträge als Open-Access-Publikation anzubieten. Die hier gebündelten Kurzbeiträge sind als Ausschnitt der derzeitigen Forschung in der Geotechnik zu verstehen. Sie behandeln Themen wie Ersatzbaustoffe, Bodenverdichtungen, optische und seismische Methoden, Ansätze für die Zustandsbeschreibung, für Simulationen und das Verhalten von Böden und Pfählen. Dies zeigt, wie stark die Geotechnik sich in vielen Richtungen spezialisiert hat. Und wie notwendig der fachliche Austausch daher bleibt.

Für die geodätische Überwachung dreidimensionaler Objekte fehlen in der Regel Informationen zur vollständigen Beschreibung der räumlichen Deformation. Um dieses Informationsdefizit zu beheben, können geotechnische Beobachtungen genutzt werden. In der Dissertation wird die Integration dieser Relativmessungen durch ein erweitertes Krigingverfahren gelöst. Dazu werden für den Signal- und Trendanteil der Beobachtungen die nötigen Kovarianz- und Trendmatrizen hergeleitet. Darüberhinaus wird durch die Darstellung der Beobachtungen als lineare Funktionale des Verschiebungsfeldes die Möglichkeit eröffnet, nicht nur das Verschiebungsfeld zu schätzen sondern auch beliebige lineare Funktionale des Verschiebungsfeldes. Das hergeleitete Verfahren wird an zwei praktischen Beispielen demonstriert.

Das Ohde-Kolloquium 2018 mit der traditionellen Überschrift — Aktuelle Themen in der Geotechnik – wird wieder in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Wasserbau an der Technischen Universität Dresden veranstaltet. Damit werden die beiden Wirkungsstätten von Professor Johann Ohde gewürdigt, mit denen er seine Lehr- und Forschungstätigkeit verknüpft hat. Die Beiträge des diesjährigen Kolloquiums können grob in drei Themengruppen unterteilt werden: • Bodenverhalten • Feld- und Modellversuche • Numerik und Anwendungen Die meisten Themen sind eng mit der Komplexität des Bodenverhaltens verbunden. In Abhängigkeit ihres Zustandes und einer aufgebrachten Belastung können Böden verschiedene Zustandsformen – gasförmig, flüssig und fest. Insbesondere der Übergang vom Feststoff zur Flüssigkeit (Bodenverflüssigung, hydraulischer Grundbruch, usw.) ist mit einem hohen Schadenspotenzial für Bauwerke und Menschen verbunden. Modellversuche im Labor und Monitoring im Feld sind für das Verständnis und die rechtzeitige Erkennung der Gefahrenzustände unumgänglich. Inwieweit die jetzigen Prognosen ausgereift sind, zeigen die numerischen Berechnungen für ausgewählte Anwendungen.

Für die geodätische Überwachung dreidimensionaler Objekte fehlen in der Regel Informationen zur vollständigen Beschreibung der räumlichen Deformation. Um dieses Informationsdefizit zu beheben, können geotechnische Beobachtungen genutzt werden. In der Dissertation wird die Integration dieser Relativmessungen durch ein erweitertes Krigingverfahren gelöst. Dazu werden für den Signal- und Trendanteil der Beobachtungen die nötigen Kovarianz- und Trendmatrizen hergeleitet. Darüberhinaus wird durch die Darstellung der Beobachtungen als lineare Funktionale des Verschiebungsfeldes die Möglichkeit eröffnet, nicht nur das Verschiebungsfeld zu schätzen sondern auch beliebige lineare Funktionale des Verschiebungsfeldes. Das hergeleitete Verfahren wird an zwei praktischen Beispielen demonstriert.

Eines der Hauptanwendungsgebiete von Geokunststoffen ist der Verkehrswegebau. Hier haben sich neben Trenn- und Filterlagen Geokunststoffbewehrungen etabliert. Ihr Zugkraft-Dehnungsverhalten hat Einfluss auf die Nutzungsdauer des Fahrbahnaufbaus. Dort wo diese Geokunststoffe zyklischen Beanspruchungen durch den Verkehr ausgesetzt sind, ist grundsätzlich von einem Einfluss auf das Zugkraft-Dehnungsverhalten auszugehen. Somit ist es erforderlich, die zyklischen Einwirkungen bei der Ermittlung der Bemessungszugfestigkeit von Geokunststoffen für derartige Anwendungen zu berücksichtigen. Die Arbeit stellt dafür ein praktikables Verfahren vor. Auf der Basis polymertypischer Merkmale, die sich in den Zugkraft-Dehnungskurven widerspiegeln, wurde eine Kombination aus zyklischen Zugversuchen und chemischen Analysen untersucht, die es erlaubt, ohne die sehr aufwendig zu ermittelnden Wöhler- bzw. Smith-Diagramme Aussagen zum Verhalten der Geokunststoffe für die im Verkehrswesen relevanten Lastwechselzahlen zu machen.

Die Methode der Böschungsertüchtigung mit Erdbetonstützscheiben ist ein etabliertes Verfahren. In der Vergangenheit entwickelte Bemessungsverfahren für Böschungen mit Stützscheiben konnten sich bis heute nicht durchsetzen. Stattdessen behilft man sich in der Praxis mit einer Art Ersatzverfahren. Mit diesem Verfahren wird die Standsicherheit der Böschung mit Stützscheiben teilweise unzutreffend ermittelt. Dies wird in der Arbeit begründet und anhand von Beispielen verifiziert. Die Tragwirkung der Stützscheiben kann nur durch räumliche numerische Berechnungen ausreichend genau erfasst werden. Es wird eine zwingend erforderliche Typisierung der Stützscheiben bezüglich ihres Tragverhaltens und des Bruchmechanismus durchgeführt. Die erreichbare Stabilisierungswirkung der Stützscheiben hängt wesentlich von der Scheibengeometrie und dem Scheibenabstand ab. In der Arbeit werden für einen Scheibentypen der Versagensmechanismus, das Tragverhalten sowie deren Einflüsse ausführlich analysiert und anschließend ein Bemessungsverfahren hergeleitet. Für weitere Scheibentypen werden Vorschläge für mögliche Bemessungsverfahren angegeben.

Für die Berechnung der Standsicherheit von Konstruktionen mit Geokunststoffen ist die Ermittlung des "Interaktionsverhaltens" in den Schichtgrenzen zwischen Geokunststoffen und Lockergesteinen unerlässlich. Das Verbundverhalten in der Grenzfläche ist sehr komplex. Es ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, die im Rahmen dieser Arbeit experimentell, analytisch und numerisch untersucht werden. Als Ausgangspunkt für die experimentellen Untersuchungen wird vom Verfasser ein multifunktionales Geosynthetik-Boden-Interaktionsprüfgerät entwickelt und gebaut, mit dem alle zur Standsicherheit eines geokunststoffbewehrten Erdkörpers benötigten Verbundparameter ermittelt werden können. Aus den erarbeiteten Ergebnissen resultiert die Empfehlung einer Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Verbundparameter unter mechanisch klar definierten Randbedingungen, und die Grundlagen für die zukünftige Nutzung geringtragfähiger bindiger Lockergesteine als vollwertige Füllböden in geokunststoffbewehrten Konstruktionen werden gelegt.

Für die Berechnung der Standsicherheit von Konstruktionen mit Geokunststoffen ist die Ermittlung des "Interaktionsverhaltens" in den Schichtgrenzen zwischen Geokunststoffen und Lockergesteinen unerlässlich. Das Verbundverhalten in der Grenzfläche ist sehr komplex. Es ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, die im Rahmen dieser Arbeit experimentell, analytisch und numerisch untersucht werden. Als Ausgangspunkt für die experimentellen Untersuchungen wird vom Verfasser ein multifunktionales Geosynthetik-Boden-Interaktionsprüfgerät entwickelt und gebaut, mit dem alle zur Standsicherheit eines geokunststoffbewehrten Erdkörpers benötigten Verbundparameter ermittelt werden können. Aus den erarbeiteten Ergebnissen resultiert die Empfehlung einer Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Verbundparameter unter mechanisch klar definierten Randbedingungen, und die Grundlagen für die zukünftige Nutzung geringtragfähiger bindiger Lockergesteine als vollwertige Füllböden in geokunststoffbewehrten Konstruktionen werden gelegt.

Massenbewegungen, Ausgleichs- und Verwitterungsprozesse sind geologisch-geomorphologisch natürliche Vorgänge in Gebirgen. Die stark zunehmenden Extremwetterereignisse einhergehend mit immer dichterer Besiedelung der Gebirgs- und Hangregionen verursachen bei Felsstürzen beträchtliche Schäden an Gebäuden und Infrastruktur und gefährden Menschenleben. Ziel von GeoRiS ist das Monitoring dieser Prozesse und Standsicherheitsentwicklung steinschlaggefährdeter Felshänge mittels hochauflösender, photogrammetrischer Messverfahren. Die Risiken sollen künftig auf der Grundlage einer präzisen, umfassenden aber vor allem objektiven und standardisierbaren Standortbegutachtung prognostizierbar sein, um anschließende Sicherungsmaßnahmen gezielt an Gefährdungsschwerpunkten einzusetzen. In den letzten Jahren haben sich neue Messverfahren und -methoden etabliert, deren Anwendungen mittlerweile in vielen Bereichen Einzug gehalten haben. Eines der Verfahren ist z.B. der Einsatz von UAVs / Drohen mit verschiedenen Sensoren an Bord. Nachfolgend möchten wir die möglichen aktuellen Auswertemethoden in der der Felserfassung vorstellen, einen Überblick über erreichbare Ergebnisse und Genauigkeiten geben sowie die methodischen Ansätze für die künftige gutachterliche Praxis vorstellen. Das Forschungs-, Technologie- und Innovationsprojekt „GeoRiS“ wird durch den Freistaat Thüringen und die Europäische Union gefördert. Die Ausführung verantwortet das Ingenieurbüro für Geotechnik Prof. Witt & Partner in Kooperation mit der TRIGIS GeoServices GmbH.