Geotechnik : Bodenmechanik, Grundbau und Tunnelbau

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