Bodenmechanik und Grundbau - Das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte

von: Hans-Jürgen Lang, Jochen Huder, Peter Amann, Alexander M. Puzrin

Springer-Verlag, 2007

ISBN: 9783540343325 , 336 Seiten

8. Auflage

Format: PDF, OL

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Preis: 46,99 EUR

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Bodenmechanik und Grundbau - Das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte


 

Inhaltsverzeichnis

12

1 Grundbegriffe

19

1.1 Einführung

19

1.2 Die Korngrössenverteilung

19

1.3 Die Kenngrössen des Naturzustandes

21

1.4 Weitere, abgeleitete Kenngrössen

21

1.5 Die Lagerungsdichte D

22

1.6 Der Durchlässigkeitsbeiwert k

22

1.7 Die Plastizitätseigenschaften der Böden

24

1.8 Die Liquiditätszahl IL

24

1.9 Die Aktivitätszahl IA

26

1.10 Die Struktur der Böden

26

1.11 Klassifikation der Böden

28

2 Totale und effektive Spannungen

31

2.1 Einführung

31

2.2 Spannungen imelastischisotropen Halbraum

31

2.3 Totale Spannung, Porenwasserdruck und effektive Spannung

33

2.4 Spannungsänderungen und Porenwasserüberdruck

35

2.5 Porenwasserdruck im teilweise gesättigten Boden

37

2.6 Spannungsverhältnisse in unbelasteten und belasteten geschichteten Böden

38

2.7 Der Ruhedruck

40

2.8 Spannungen durch Kapillarkräfte

41

3 Spannungsausbreitung im Boden

43

3.1 Einführung

43

3.2 Einfluss einer vertikalen Einzelkraft P

44

3.3 Einfluss einer horizontalen Einzelkraft H

46

3.4 Einfluss von Linienlasten

47

3.5 Unendlich lange Streifenlasten

47

3.6 Allgemeine Flächenlasten

49

3.7 Berechnung mit Hilfstafeln

51

3.8 Berechnung mit Einflusskarten

51

3.9 Randbedingungen in der Natur

53

4 Künstliche Verdichtung von Böden

55

4.1 Einführung

55

4.2 Die Zustandsdarstellung

56

4.3 Die Proctorkurve

56

4.4 Einfluss der Bodenart

57

4.5 Eigenschaften des verdichteten Bodens

58

4.6 Verdichtungskontrolle

60

4.7 Beurteilung der Brauchbarkeit gegebener Böden als Dammschüttmaterial

61

4.8 Böden mit Überkorn

61

4.9 Beeinflussung des Wassergehaltes

63

4.10 Auswirkungen der Verdichtung auf den Spannungszustand im Boden

64

4.11 Maschinelle Verdichtung

66

5 Formänderungseigenschaften der Böden

67

5.1 Das Verhalten eines elastischen Materials und von Böden

67

5.2 Der Zusammendrückungsmodul MEbzw. Ev und der Steifemodul Es

69

5.3 Der Ödometerversuch: Das Zusammendrückungsdiagramm

70

5.4 Der Kompressionsbeiwert Cc

71

5.5 Normal und überkonsolidierte Böden

72

5.6 Die Zeit-Setzungs-Kurve aus dem Ödometerversuch

73

5.7 Der Konsolidationsgrad U

74

5.8 Die Konsolidationstheorie

74

5.9 Die Verteilung der Porenwasserüberdrücke innerhalb der konsolidierenden Tonschicht

78

5.10 Näherungsverfahren für beliebige Randbedingungen

79

5.11 Die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes k von gesättigten Tonen

81

5.12 Mehrdimensionale Konsolidation

81

5.13 Mehrschichtprobleme

83

5.14 Nichtplötzliche Belastung

84

5.15 Beschleunigung des Konsolidationsvorganges

85

5.16 Kontrollen des Konsolidationsvorganges

86

5.17 Deformationen, deren Verlauf nicht mittels der Konsolidationstheorie ermittelt werden kann

86

6 Festigkeitseigenschaften der Böden

89

6.1 Einführung

89

6.2 Das Bruchgesetz von Mohr-Coulomb

89

6.3 Die Darstellung des Bruchkriteriums im p., q-Diagramm

90

6.4 Versuche zur experimentellen Ermittlung der Scherparameter

91

6.5 Das Prinzip des triaxialen Scherversuches

93

6.6 Der triaxiale KD-Versuch

93

6.7 Der triaxiale KU-Versuch

93

6.8 Scherfestigkeit körniger Böden

95

6.9 Scherfestigkeit bindiger Böden (Tone)

97

6.10 Grenzgleichgewichtszustände

99

6.11 Scherdeformationen von Böden

101

6.12 Abschätzen des Scherwinkels f.

103

7 Einflüsse des Grundwassers im Boden

105

7.1 Das Strömungsnetz

105

7.2 Die Bestimmung des k-Wertes

107

7.3 Wasserdrücke im ruhenden Grundwasser

111

7.4 Der Strömungsdruck

111

7.5 Der Druckabbau beim Durchströmen von Schichtpaketen, bestehend aus Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit

113

7.6 Die Anisotropie geschichteter Böden

114

7.7 Wasserdrücke im strömenden Grundwasser

114

7.8 Der hydraulische Grundbruch

117

7.9 Verminderung des Druckes im Grundwasser (Entspannung)

120

7.10 Messsysteme zurMessung des Potenzials

121

7.11 Wasserhaltung in Baugruben

123

7.12 Innere Erosion und Filter

125

8 Setzungsberechnung

127

8.1 Einführung

127

8.2 Prinzip der Setzungsberechnung

127

8.3 Setzungsberechnung in Tabellenform

129

8.4 Einflusstiefe der Zusatzbelastung

130

8.5 Berücksichtigung von kombinierten Be- und Entlastungen

131

8.6 Auftrieb und Gebäudegewicht

132

8.7 Gewichtsausgleich

133

8.8 Vorbelastung

133

8.9 Überbelastung

134

8.10 Schlaffe und starre Lasten

136

8.11 Setzungsdifferenzen

137

8.12 Zulässige Setzungen und Setzungsdifferenzen

138

8.13 Schwerpunktverlagerung und Stabilität von hohen Bauwerken

138

9 Stabilitätsprobleme

141

9.0 Problemstellung

141

9.0.1 Einführung

141

9.0.2 Die gemeinsamen Eigenschaften der Stabilitätsprobleme

141

9.0.3 Die Lösung des Stabilitätsproblems

142

9.1 Böschungsstabilität

143

9.1.1 Einführung

143

9.1.2 Vereinfachungen gegenüber der Natur

145

9.1.3 Die schwedischeMethode der Stabilitätsberechnung

146

9.1.4 Die Einflüsse desWassers

148

9.1.5 Das vereinfachte Verfahren nach Bishop

151

9.1.6 Das vereinfachte Verfahren nach Janbu

151

9.1.7 Die Praxis der Stabilitätsberechnung

153

9.1.8 Die unendlich lange Böschung in einem Reibungsmaterial

154

9.1.9 Die allgemeine Berechnung des Sicherheitsgrads

154

9.1.10 Diekinematischen Methoden von Culmann und Taylor

155

9.1.11 Hilfsmittel zur Ermittlung der Standsicherheit einfacher Böschungen im homogenen Boden

157

9.1.12 Geometrie des Bruches; andere Methoden

159

9.1.13 Einführung von Ankerkräften in die Stabilitätsberechnung

160

9.2 Tragfähigkeit

160

9.2.1 Einführung

160

9.2.2 Problemstellung

161

9.2.3 Die Näherungsmethoden für den undrainierten Zustand

161

9.2.4 Die statischeMethode für den drainierten Zustand

162

9.2.5 Die allgemeine Tragfähigkeitsformel

163

9.2.6 Die Tragfähigkeitsfaktoren Nc,Nq und N.

164

9.2.7 Allgemeines und örtliches Abscheren

165

9.2.8 Einflüsse des Porenwasserdruckes

166

9.2.9 Grösse der Sicherheit Fstat

166

9.2.10 Andere Randbedingungen

166

9.2.11 Exzentrizität des Lastangriffes

167

9.2.12 Formfaktoren s

168

9.2.13 Tiefenfaktoren d

168

9.2.14 Lastneigungsfaktoren i

168

9.2.15 Geländeneigungsfaktoren g

168

9.2.16 Fundamentneigungsfaktoren b.

169

9.2.17 Undrainierte Belastung(f = 0)

169

9.2.18 Abgleiten des Fundamentes auf der Fundamentsohle

170

9.2.19 Der Begriff der „zulässigen Bodenpressung“

171

9.3 Erddruck

171

9.3.1 Einführung

171

9.3.2 Die Erddrucktheorie von Rankine

172

9.3.3 Deformationen und Erddruck

172

9.3.4 Verteilung des Erddruckes

173

9.3.5 Wirkung der Kohäsion

174

9.3.6 Kurzfristige Stabilität und Wirkung des Grundwassers

175

9.3.7 Die Erddrucktheorie von Coulomb

175

9.3.8 Der Erddruck als Stabilitätsproblem (nach Coulomb)

176

9.3.9 Der Einfluss der Kohäsion

178

9.3.10 Der Einfluss von Auflasten auf dem Gelände

180

9.3.11 Der Einfluss der Wandreibung

180

9.3.12 Zusammenfassung der Näherungsverfahren und Einflüsse

181

9.3.13 Allgemeine Randbedingungen

181

9.3.14 Grafische Ermittlung des Erddruckes

182

9.3.16 Erddruck in geschichteten Böden

183

9.3.17 Erddruck auf eine Winkelstützmauer

185

9.3.18 Abschirmung des Erddruckes

186

9.3.19 Einfluss des Wassers auf den Erddruck

187

9.3.20 Erddruck-Umlagerung

187

9.3.21 Gewölbewirkung

188

10 Vertikale Baugrubenabschlüsse

191

10.1 Problemstellung

191

10.2 Übersicht über die wichtigsten Wandsysteme

191

10.3 Belastungen der Wände

195

10.4 Bauzustände

197

10.5 Die nicht abgestützte, im Boden eingespannte Wand

198

10.6 Die einfach abgestützte Wand

200

10.7 Mehrfach abgestützteWand

205

10.8 Erdwiderstand vor schmalen Druckflächen

206

10.9 Systemsicherheit und Abstützungen

207

11 Die Sohldruckverteilung unter Fundamenten

209

11.1 Einführung

209

11.2 Allgemeiner Grundsatz

209

11.3 Die relative Steifigkeit K

210

11.4 Das Spannungstrapezverfahren

211

11.5 Das Bettungsmodulverfahren (Bettungszifferverfahren)

212

11.6 Der Bettungsmodul ks

214

11.7 Das Steifezahlverfahren

216

11.8 Bemerkungen zu den Verfahren

218

11.9 Das starre Fundament

219

12 Tiefgründung

221

12.1 Einführung

221

12.2 Baugrundverbesserung

221

12.3 Pfahlarten

223

12.4 Der Lasttransport in Pfählen

224

12.5 Die Abschätzung von Spitzenwiderstand und Mantelreibung

225

12.6 Die negative Mantelreibung

226

12.7 Rammpfähle in sensitiven Böden

228

12.8 Die Setzung von Einzelpfählen

228

12.9 Die Gruppenwirkung

231

12.10 Die horizontale Belastung von Pfählen

231

13 Sicherheitsüberlegungen

235

13.1 Einführung

235

13.2 Stabilitätsprobleme

236

13.3 Böschungsstabilität

239

13.4 Tragfähigkeit von Fundamenten

240

13.5 Erddruckprobleme

241

13.6 Abgleiten und Kippen von Fundamenten

244

13.7 Hydraulischer Grundbruch

244

13.8 Auftriebssicherheit von Bauwerken

244

13.9 Deformationen (Setzungen)

245

13.10 Zusammenfassung

245

14 Ausgewählte Beispiele

247

14.0 Einführung

247

14.1 Die einfach abgestützte Wand: Einflüsse des Wassers

247

14.2 Hydraulischer Grundbruch und Auftrieb

255

14.3 Der Einfluss der Spannungsgeschichte am Beispiel der Vorbelastung

257

14.4 Stabilitätsberechnung nach Janbu

262

14.5 Aktiver und passiver Erddruck: Allgemeinere Randbedingungen

267

15 Tropische Böden

275

15.1 Einführung

275

15.2 Das Residualprofil

275

15.3 Die Verwitterung

275

15.4 Neubildungen

277

15.5 Die Klassifikation tropischer Böden

277

15.6 Die äusseren Einflüsse als System-Bestandteile

278

15.7 Die Erosion

279

16 Boden und Fels

285

16.1 Einführung

285

16.2 Grundeigenschaften von Boden und Fels

285

16.3 Trennflächengefüge und Gefügemodell

287

16.4 Lösen und Verdichten von Fels

288

16.5 Formänderungseigenschaften von Fels

289

16.6 Festigkeitseigenschaften von Fels

291

16.7 Eigenspannungen im Gebirge

293

17 Beispiele

295

17.0 Einführung

295

17.1 Kenngrössen für Böden

295

17.2 Kenngrössen des Naturzustandes, Volumenbilanz

297

17.3 Totale und effektive Spannungen

297

17.4 Festigkeitseigenschaften und einfachste Stabilitätsberechnung

300

17.5 Undrainierte Scherfestigkeit su

301

17.6 Künstliche Verdichtung

302

17.7 Setzungsberechnung, Kompressionsbeiwert Cc

303

17.8 Setzungsberechnung, Spannungsgeschichte

304

17.9 Eindimensionale Konsolidation

308

17.10 Hydraulische Aspekte einer Baugrube

309

17.11 Sohlpressung von Fundamenten

310

17.12 Stabilitätsberechnung, Einfluss von Porenwasserüberdrücken

312

17.13 Stabilitätsfaktoren

315

17.14 Erddruck und Tragfähigkeit

316

17.15 Pfahlfundation

318

17.16 Nicht abgestützte vertikale Wand

319

17.17 Einfach abgestützte vertikale Wand

321

17.18 Mehrfach abgestützte vertikale Wand

323

17.19 Bestimmung des k-Wertes aus einem Pumpversuch

324

17.20 Grundwasserabsenkung mit einer Mehrbrunnenanlage

325

17.21 Standsicherheit einer Felsböschung

328

Anhang

331

Tabelle A bis E Spannungsverteilungen im Baugrund

331

Tabelle F Setzung des kennzeichnenden Punktes K

336

Tabelle G Sohlpressungen unter einer Fundamentplatte

337

Tabelle H1 bis H8 Konsolidation

337

Literatur

345

Sachverzeichnis

351