Geotechnik: Bodenmechanik, Grundbau und Tunnelbau, 2. Auflage

Geotechnik - Bodenmechanik, Grundbau und Tunnelbau, 2ed, 2007......Page 1 5 Grundwasser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47......Page 8 8 Scherfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121......Page 9 10 Erddruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197......Page 10 15 Flachgründungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265......Page 11 17 Baugrundverbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331......Page 12 20 Tunnelbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431......Page 13 24 Umweltgeotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519......Page 14 26 Sicherheit und Normen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541......Page 15 1 Einführung – Was ist Geotechnik?......Page 16 1.1 Geschichte der Geotechnik......Page 20 1.3 Mechanisches Verhalten von Geomaterialien......Page 22 1.4 Selbstorganisation und Musterbildung......Page 28 1.5 Boden-WasserWechselwirkung......Page 29 1.7 Vielfalt in der Geotechnik......Page 31 2 Entstehung der Gesteine und des Bodens......Page 35 3 Aufbau des Bodens......Page 38 3.1 Kornverteilung......Page 39 3.2 Bodenansprache......Page 42 3.4 Bodenstruktur......Page 43 Lehm......Page 45 Permafrostboden: In Polargebieten verbleibt der Boden bis zu Tiefen von 500m......Page 46 solid) heißt Porenzahl (void ratio) e:......Page 47 Schnelltrocknung mit Elektroplatte oder Gasbrenner: Durch die höhere Tempe-ratur......Page 50 4.4 Konsistenz......Page 51 Schrumpfgrenze: Eine der Luft ausgesetzte wassergesättigte Tonprobe schrumpft,......Page 52 Pinhole-Versuch: Eine Probe aus dem zu untersuchenden Boden wird verdichtet......Page 55 Klasse 6 (Leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten) Klasse 7 (Schwer lösbarer Fels)......Page 56 5 Grundwasser......Page 58 5.1 Grundwasserströmung......Page 59 5.2 Gesetz von Darcy......Page 62 5.3 Elektroosmose......Page 63 5.4 Durchlässigkeit......Page 64 5.5.1 Versuch mit konstanter Druckhöhe......Page 65 5.5.2 Versuch mit veränderlicher Druckhöhe......Page 66 5.6 Porenwasserdruck......Page 67 5.7 Potentialgleichung......Page 68 Bestimmung der Sickermenge: Die gesamteWassermenge, die pro Zeiteinheit und......Page 71 Druckverteilung auf dasWehr: Anhand des Potentialnetzes kann man an jeder......Page 72 5.8.1 Stationärer Fall......Page 73 Instationärer Fall......Page 75 Anwendbarkeit des Gesetzes von DARCY bei Strömungen mit......Page 78 5.9 Transport durch das strömende Grundwasser......Page 79 5.10 Strömungskraft......Page 80 5.11 Filter......Page 81 5.12 Durchlässigkeit von Fels......Page 82 6.1 Spannung......Page 83 6.2 Spezielle Spannungszustände......Page 85 6.3 Das Diagramm von Mohr......Page 86 6.4 Spannungsfelder......Page 87 6.5 Spannungsausbreitung......Page 90 6.6 Setzungsberechnung......Page 92 6.7 Deformation bei eindimensionaler Kompression......Page 99 6.7.1 Beispiel einer Setzungsberechnung......Page 106 6.8 Effektive Spannungen......Page 108 6.8.1 Hydraulischer Grundbruch......Page 112 Prinzip der effektiven Spannungen......Page 113 7.1 Kapillarität......Page 116 7.2 Osmotische Saugspannung......Page 118 7.3 Filter......Page 119 7.4 Dampfdruck......Page 120 Psychrometer stehen in Kontakt zur Bodenluft und messen die relative Feuch-tigkeit......Page 122 7.6.1 Diffusiver Transport......Page 123 7.6.2 Luftströmung......Page 124 7.6.3 Wasserströmung......Page 125 7.7 Kapillardruckkurve......Page 126 7.8 Effektive Spannungen in ungesättigten Böden......Page 127 8 Scherfestigkeit......Page 129 8.1 Reibung zwischen starren Körpern......Page 130 8.2 Innere Reibung......Page 131 8.3 Kohäsion......Page 134 8.4 Der Rahmenscherversuch......Page 137 8.5 Der Triaxialversuch......Page 139 8.6 Entfestigung und Restscherfestigkeit......Page 142 8.7 Scherfestigkeit kohäsiver Böden......Page 145 8.7.1 Anmerkungen zur Kohäsion......Page 146 8.8 Triaxialversuch, ergänzende Angaben......Page 149 8.9.1 Konsolidierungsphase......Page 151 8.9.2 D-Versuch......Page 152 8.9.3 CU-Versuch......Page 153 8.10 Fehlerquellen beim Triaxialversuch......Page 154 8.11 Ergebnisse von Triaxialversuchen......Page 156 8.12 Verhalten von undränierten Proben......Page 161 Undränierte zyklische Belastung......Page 164 8.13 Verflüssigung......Page 165 Anisotropie: Bedingt durch ihre geologische Entstehungsgeschichte können Ge-steine......Page 170 8.14.1 Elastizität......Page 171 8.14.2 Scherfestigkeit von Festgestein......Page 172 8.14.3 Zugfestigkeit von Felsgestein......Page 173 8.14.4 Sprödes und duktiles Verhalten......Page 174 8.14.5 Entfestigung......Page 175 8.14.6 Punktlastversuch......Page 176 8.14.7 Kluftreibung......Page 177 8.14.8 Anisotropie......Page 178 8.14.9 Geschwindigkeitsabhängigkeit von Boden und Fels......Page 180 8.14.10 Maßstabseffekt......Page 182 8.14.11 Diskrete Modelle......Page 183 8.14.12 Festigkeit der Felsmasse......Page 184 8.14.13 Quellen und Schwellen......Page 187 Scherversuch: Normal- und Schubkräfte werden mit Hydraulikzylindern aufge-bracht.......Page 189 Druckkammer: Ein geschlossener Hohlraum im Fels wird mit Flüssigkeit gefüllt.......Page 190 Bohrlochaufweitung: Es gibt diverse Varianten, die verwendeten Namen sind un-einheitlich.......Page 191 9 Konsolidierung......Page 192 9.1 Herleitung der Differentialgleichung......Page 193 Sonderfall: Nur eine örtliche Dimension. Die dränierte Oberfläche des Halbraums......Page 195 Konsolidierung einer Kugel: Ihre dränierte Oberfläche......Page 196 9.2 Ablauf der Konsolidierung......Page 197 9.3 Kriechen......Page 202 10 Erddruck......Page 204 10.1 Berücksichtigung der Kohäsion......Page 209 10.2 Erddruck infolge Auflasten......Page 210 10.3 Verschiebungsabhängigkeit des Erddruckes......Page 211 10.4.2 Verfahren von Engesser......Page 212 10.5 ? Lösung von Rankine......Page 213 10.6 Verteilung des Erddrucks......Page 217 11.1 Die unendlich lange Böschung......Page 220 11.2 Ebene Gleitfugen......Page 222 11.3 Gleitkreise im homogenen Boden......Page 224 11.4 Lamellenverfahren......Page 227 11.5 Zusammengesetzte Starrkörper-Bruchmechanismen......Page 230 11.5.1 Beispiel Böschungsstandsicherheit......Page 231 11.6 Erdrutsche......Page 238 11.7 Mobilisierung der Scherfestigkeit......Page 240 Progressiver Bruch: Bei den o.g. Standsicherheitsnachweisen wird vorausgesetzt,......Page 242 12.1 Gleitkreis im Boden ohne Reibung......Page 243 12.3 Zonenbruch nach Prandtl......Page 244 12.4 Schräge Lasten......Page 247 13 Kollapstheoreme......Page 249 13.1 Konstruktion von Spannungsfeldern......Page 251 14.1 Bedeutung von Stoffgesetzen für die Geotechnik......Page 254 14.2 Mathematische Struktur von Stoffgesetzen......Page 255 14.2.1 Elastoplastische Stoffgesetze......Page 256 Cam-Clay: Die Cam-Clay Theorie ist das erste elastoplastischeModell, das für Bo-den......Page 258 14.2.2 Hypoplastische Stoffgesetze......Page 259 14.3 Anforderungen an Stoffgesetze......Page 260 Zeitabhängigkeit: Zeitabhängige Effekte wie Kriechen, Relaxation, Viskosität und......Page 261 Eindeutigkeit: Ein inkrementelles Stoffgesetz......Page 262 Entfestigung: Das Bodenverhalten weist die Eigenschaft auf, daß bei vielen Span-nungs-......Page 263 Implementierung in FEM-Programmen: Randwertprobleme werden heute nach......Page 264 Einfache Stoffe - höhere Kontinua: Den meisten gebräuchlichen Stoffgesetzen......Page 265 14.5 Mechanische Ähnlichkeit, Dimensionsanalyse und Modellversuche......Page 266 Sanduhr: Aus Erfahrung weiß man, daß die Auslaufgeschwindigkeit......Page 267 14.5.2......Page 268 15.1 Anforderungen......Page 270 Grundbruchsicherheit: Wie aus der Grundbruchformelersichtlich, wächst die mitt-lere......Page 271 Kleine Setzungen: Ist die mittlere Sohlpressung vorgegeben, so wächst die Setzung......Page 272 15.5 Sohldruckverteilung......Page 273 15.7.1 Steifezahlverfahren......Page 274 15.7.2 Elastische Bettung......Page 275 Sonderfall 2: Balken der Länge......Page 276 Sonderfall 3: Platte mit Einzellast in der Mitte6. Die maximale Biegezugspannung......Page 277 15.10 Stabilität von Türmen auf weichem Baugrund......Page 279 15.11 Einzelfundamente......Page 281 15.12 Plattengründungen......Page 284 15.14 Membrangründungen......Page 285 Spannbeton-Rammpfähle: Längere Stahlbeton-Rammpfähle (l=15 bis 30m) wer-den......Page 287 Ortrammpfähle: Der sog. Franki-Pfahl wurde 1908 in Belgien eingeführt. Ein Vor-treibrohr......Page 288 Bohrpfähle: Es wird in ein fertiges Bohrloch hinein betoniert, bzw. der fertige Pfahl......Page 289 HW-Pfähle: Hierbei wird die Verrohrung nach dem HOCHSTRASSER-WEISE (HW)......Page 290 SOB-Pfähle: Die Abkürzung steht für „Schneckenortbetonpfahl“ und ist eine Pro-duktbezeichnung.......Page 291 Duktilpfähle: Es handelt sich um Rammpfähle. Die einzelnen 5 bis 6m langen......Page 294 Greifbohrverfahren: Der Boden wird durch ein Schlagwerkzeug (Meißel, Stoß-büchse,......Page 295 Drehbohrverfahren: Es bringt erheblich größere Leistung gegenüber dem Greifer-bohrverfahren.......Page 296 Lufthebebohrverfahren: Der Förderstrom wird durch das Einblasen von Luft er-zeugt......Page 298 16.2.2 Verrohrung......Page 300 16.3 Vertikale Tragfähigkeit......Page 301 16.3.1 Ermittlung der Pfahlkraft von Bohrpfählen aus Erfahrungswerten......Page 302 16.3.2 Mantelreibung......Page 304 16.3.5 Schwell- und Wechselbelastung......Page 306 16.4.1 Seitliche Pfahlbelastung......Page 307 16.4.2 Grenzlast von horizontal belasteten Pfählen......Page 312 16.4.4 Verdübelung kriechender Hänge......Page 314 16.4.5 Knicken von axial belasteten Pfählen......Page 317 16.5 Statische Probebelastung......Page 319 16.6.1 Rammformeln......Page 322 16.6.2 CAPWAP-Verfahren......Page 324 16.6.4 Integritätsprüfung......Page 325 16.7 Gruppenwirkung......Page 327 16.8 Pfahlroste......Page 329 16.9 Pfahlplatten-Gründungen......Page 333 17.1 Bodenaustausch......Page 334 17.1.1 OptimalerWassergehalt nach Proctor......Page 335 17.1.2 Plattendruckversuch......Page 337 17.2.1 Rütteldruckverdichtung......Page 339 17.2.2 Rüttelstopfverdichtung, Schottersäulen, Sandsäulen......Page 340 Verdrängungsverfahren: Die Verrohrung ist unten mit einem Verschluss (oder mit......Page 344 17.2.3 Dynamische Intensivverdichtung......Page 345 17.2.4 Sprengverdichtung......Page 346 17.4 Vertikaldrains......Page 347 Niederdruckinjektionen: Das Injektionsgut breitet sich in den Poren aus und dringt......Page 348 Compaction Grouting: Ein Mörtelwird mit einemDruck von bis zu 50bar in san-dige......Page 349 17.5.1 Niederdruckinjektionen......Page 350 17.5.2 Felsinjektionen......Page 352 17.5.3 Soil fracturing......Page 353 Einfachverfahren: Aus einer Düse wird eine Bentonit-Zement- oder eine reine Ze-mentsuspension......Page 354 17.5.5 Injektionsmittel......Page 355 Chemische Injektionen: Das JOOSTEN-Verfahren ist ein sog. Zweiphasen-Ver-fahren:......Page 357 Mischverfahren: Das Bindemittel wird entweder trocken mit Unterstützung von......Page 359 17.7 Bodenvereisung......Page 360 17.7.1 Frosthebungen......Page 362 18.1 Dichtwände, Schmalwände......Page 365 18.2 Injektionssohlen......Page 366 18.2.1 Hochliegende Injektionssohlen......Page 367 18.2.2 Tiefliegende Injektionssohlen......Page 368 18.3 Unterwasserbetonsohlen......Page 371 18.4 Wasserhaltung durch Brunnen......Page 372 Tiefbrunnen: Die Bohrlöcher haben einen Durchmesser von 0,4 bis 1,5 m. Es wer-den......Page 375 Vakuum-Tiefbrunnen: Er ist anwendbar bei beliebiger Tiefe zur Stabilisierung......Page 376 Schluckbrunnen: Sie werden herangezogen, wenn man Wasser in den Untergrund......Page 377 18.5 Senkkasten, Caissons......Page 378 19 Sicherung von Geländesprüngen......Page 379 19.1 Stützmauern......Page 380 19.2 Grabenverbau......Page 384 19.4 Spundwände......Page 387 Rammen: Die Rammkraft muß den Fußwiderstand und die Mantelreibung, sowie......Page 388 Spundwandpresse: Sind Lärm und Erschütterungen nicht zugelassen, so können......Page 390 19.5 Bohrpfahlwände......Page 391 19.6.1 Lösen des Bodens......Page 396 19.6.2 Wandherstellung......Page 398 19.6.4 Leitwand......Page 401 19.6.5 Stützflüssigkeit......Page 402 19.6.6 Fugen......Page 405 19.6.8 Standsicherheit bei der Herstellung......Page 406 19.7 Statische Berechnung von Stützwänden......Page 409 19.7.1 Berücksichtigung des Grundwassers......Page 414 19.8 Anker......Page 416 Verpressen: Zunächst wird das Bohrloch mit Zementmörtel verfüllt25, bis dieser......Page 417 19.9 Bewehrte Erde......Page 423 19.10 Vernagelte Geländesprünge......Page 426 20.2 Geschichtliches......Page 432 20.3 Bezeichnungen im Tunnelbau......Page 433 20.4 Vortrieb......Page 435 20.4.1 Sprengvortrieb......Page 436 20.4.2 Schildvortrieb......Page 438 20.4.3 TBM-Vortrieb......Page 442 Abdichten: Auf den Ausbau wirkt der volle hydrostatische Druck, dafür wird das......Page 444 20.6 Sicherung......Page 445 20.7.1 Lösungen für tiefliegende Tunnel......Page 446 20.7.2 Tragwirkung der Systemankerung......Page 454 20.7.3 Einige Näherungslösungen für seichte Tunnel Die Gleichung von Janssen für Silos......Page 455 Gebirgsdruck an Firste und Sohle......Page 460 20.8 Oberflächensetzungen infolge Tunnelvortriebs......Page 466 21 Staudämme......Page 470 22 Geotechnische Untersuchungen, Untergrunderkundung......Page 479 Schappe (bucket auger) zum Einsatz bei rolligen Böden oberhalb des Grundwassers......Page 480 Meißel (bit) für Festgestein. Man unterscheidet zwischen Blattmeißel und Kegel-oder......Page 481 Aufklappbares Kernrohr (split tube sampler, auch split spoon bzw. split barrel......Page 483 Offenes Entnahmegerät nach DIN4021 (siehe Abb. 22.9) Es dient zur Entnah-me......Page 485 Doppelkernrohr (double tube method) wird bei festen bindigen Böden und bei Fels......Page 488 Versuchsprogramm: Die Anzahl und Qualität der zum Labor zu befördernden Pro-ben......Page 490 22.5 Wasserprobenentnahme......Page 491 22.6 Sondierungen......Page 492 22.6.1 Rammsondierung, SPT-Versuch......Page 493 22.6.2 Drucksondierung......Page 494 22.6.3 Flügelsondierung......Page 498 22.6.5 Pressiometer......Page 500 22.6.6 Seitendrucksonde......Page 501 22.7 Interpolation geotechnischer Daten, Kriging......Page 502 22.8 Geotechnischer Bericht......Page 506 23.1 Beobachtungsmethode......Page 509 23.2 Statistische Grundlagen der Meßtechnik......Page 510 23.3 Meßgeräte......Page 513 23.3.1 Messung des Porenwasserdrucks......Page 515 24.1 Bewertung der Schadstoffe......Page 518 24.3 Sanierung von kontaminiertem Boden......Page 519 24.3.1 Biologischer Abbau......Page 520 24.4 Deponien......Page 522 24.4.1 Deponie-Entgasung......Page 524 24.4.2 Deponie-Sickerwasserfassung......Page 526 24.5 Arbeitsschutz......Page 527 25 Geokunststoffe......Page 529 25.1 Prüfverfahren für Geotextilien......Page 535 25.2.1 Einsatz von Geokunststoffen zur Belastung von Schottersäulen......Page 536 26 Sicherheit und Normen......Page 539 26.1.1 Teilsicherheiten......Page 540 26.1.3 Charakteristische Werte......Page 541 26.1.5 Einwirkungen/Widerstände......Page 542 26.3 Entstehung der Normen......Page 543 26.4
Begriffe aus derWahrscheinlichkeitstheorie......Page 544 26.5
Sicherheit, wahrscheinlichkeitstheoretisch......Page 546 26.6
Risikobewertung......Page 548 Sachverzeichnis......Page 549 Sowohl das theoretische Fach Bodenmechanik (einschließlich Felsmechanik) wie auch sein technisches Pendant, die Geotechnik (einschließlich Tunnelbau), stellen Wissensgebiete dar, in welchen intensiv geforscht und entwickelt wird. Die Bodenmechanik findet zunehmend Interesse auch außerhalb des Bauingenieurwesens: In der Physik, der mechanischen Verfahrenstechnik und der Geologie. Das vorliegende Buch dokumentiert die inhärente Beziehung zwischen Bodenmechanik (Theorie) und Geotechnik (Praxis) und trägt der rasanten Entwicklung auf seinem Gebiet dadurch Rechnung, dass es sich auf die Darstellung von Konzepten konzentriert. Dafür werden Details ausgelassen, die das Verständnis erschweren, da sie vom Wesentlichen ablenken und ohnehin einer ständigen Variation unterliegen. Die vorliegende zweite Auflage enthält viele Berichtigungen und Erweiterungen, die unter anderem auch die Felsmechanik und den Tunnelbau betreffen. Das Buch richtet sich sowohl an Studierende als auch an Ingenieure aus der Praxis, die ihr Wissen abrunden wollen Umfassend, anspruchsvoll, gut erklärt: die fundierte Einführung in Bodenmechanik, Grund- und Tunnelbau. Ursprünglich zweibändig angelegt, fasst die 2., korrigierte und ergänzte Auflage nun die Grundlagen zusammen. Systematisch formuliert sie das Verhalten der Böden und anderer granular aufgebauter Stoffe und deren Wechselwirkung mit dem Grundwasser. Plus: Abbildungen, engl. Übersetzung wichtiger Fachwörter, Literaturzitate, Sach- und Autorenindex.