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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:22805 |
| Date | 21 October 2011 |
| Creators | Hornig, Ernst-Dieter |
| Contributors | Klapperich, Herbert, Vermeer, Pieter A., Buchmaier, Roland F., TU Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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