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

Inhaltsverzeichnis

1 Grundbegriffe

1.1 Einführung

1.2 Die Korngrössenverteilung

1.3 Die Kenngrössen des Naturzustandes

1.4 Weitere, abgeleitete Kenngrössen

1.5 Die Lagerungsdichte D

1.6 Der Durchlässigkeitsbeiwert k

1.7 Die Plastizitätseigenschaften der Böden

1.8 Die Liquiditätszahl IL

1.9 Die Aktivitätszahl IA

1.10 Die Struktur der Böden

1.11 Klassifikation der Böden

2 Totale und effektive Spannungen

2.1 Einführung

2.2 Spannungen imelastischisotropen Halbraum

2.3 Totale Spannung, Porenwasserdruck und effektive Spannung

2.4 Spannungsänderungen und Porenwasserüberdruck

2.5 Porenwasserdruck im teilweise gesättigten Boden

2.6 Spannungsverhältnisse in unbelasteten und belasteten geschichteten Böden

2.7 Der Ruhedruck

2.8 Spannungen durch Kapillarkräfte

3 Spannungsausbreitung im Boden

3.1 Einführung

3.2 Einfluss einer vertikalen Einzelkraft P

3.3 Einfluss einer horizontalen Einzelkraft H

3.4 Einfluss von Linienlasten

3.5 Unendlich lange Streifenlasten

3.6 Allgemeine Flächenlasten

3.7 Berechnung mit Hilfstafeln

3.8 Berechnung mit Einflusskarten

3.9 Randbedingungen in der Natur

4 Künstliche Verdichtung von Böden

4.1 Einführung

4.2 Die Zustandsdarstellung

4.3 Die Proctorkurve

4.4 Einfluss der Bodenart

4.5 Eigenschaften des verdichteten Bodens

4.6 Verdichtungskontrolle

4.7 Beurteilung der Brauchbarkeit gegebener Böden als Dammschüttmaterial

4.8 Böden mit Überkorn

4.9 Beeinflussung des Wassergehaltes

4.10 Auswirkungen der Verdichtung auf den Spannungszustand im Boden

4.11 Maschinelle Verdichtung

5 Formänderungseigenschaften der Böden

5.1 Das Verhalten eines elastischen Materials und von Böden

5.2 Der Zusammendrückungsmodul MEbzw. Ev und der Steifemodul Es

5.3 Der Ödometerversuch: Das Zusammendrückungsdiagramm

5.4 Der Kompressionsbeiwert Cc

5.5 Normal und überkonsolidierte Böden

5.6 Die Zeit-Setzungs-Kurve aus dem Ödometerversuch

5.7 Der Konsolidationsgrad U

5.8 Die Konsolidationstheorie

5.9 Die Verteilung der Porenwasserüberdrücke innerhalb der konsolidierenden Tonschicht

5.10 Näherungsverfahren für beliebige Randbedingungen

5.11 Die Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwertes k von gesättigten Tonen

5.12 Mehrdimensionale Konsolidation

5.13 Mehrschichtprobleme

5.14 Nichtplötzliche Belastung

5.15 Beschleunigung des Konsolidationsvorganges

5.16 Kontrollen des Konsolidationsvorganges

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

6 Festigkeitseigenschaften der Böden

6.1 Einführung

6.2 Das Bruchgesetz von Mohr-Coulomb

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

6.4 Versuche zur experimentellen Ermittlung der Scherparameter

6.5 Das Prinzip des triaxialen Scherversuches

6.6 Der triaxiale KD-Versuch

6.7 Der triaxiale KU-Versuch

6.8 Scherfestigkeit körniger Böden

6.9 Scherfestigkeit bindiger Böden (Tone)

6.10 Grenzgleichgewichtszustände

6.11 Scherdeformationen von Böden

6.12 Abschätzen des Scherwinkels f.

7 Einflüsse des Grundwassers im Boden

7.1 Das Strömungsnetz

7.2 Die Bestimmung des k-Wertes

7.3 Wasserdrücke im ruhenden Grundwasser

7.4 Der Strömungsdruck

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

7.6 Die Anisotropie geschichteter Böden

7.7 Wasserdrücke im strömenden Grundwasser

7.8 Der hydraulische Grundbruch

7.9 Verminderung des Druckes im Grundwasser (Entspannung)

7.10 Messsysteme zurMessung des Potenzials

7.11 Wasserhaltung in Baugruben

7.12 Innere Erosion und Filter

8 Setzungsberechnung

8.1 Einführung

8.2 Prinzip der Setzungsberechnung

8.3 Setzungsberechnung in Tabellenform

8.4 Einflusstiefe der Zusatzbelastung

8.5 Berücksichtigung von kombinierten Be- und Entlastungen

8.6 Auftrieb und Gebäudegewicht

8.7 Gewichtsausgleich

8.8 Vorbelastung

8.9 Überbelastung

8.10 Schlaffe und starre Lasten

8.11 Setzungsdifferenzen

8.12 Zulässige Setzungen und Setzungsdifferenzen

8.13 Schwerpunktverlagerung und Stabilität von hohen Bauwerken

9 Stabilitätsprobleme

9.0 Problemstellung

9.0.1 Einführung

9.0.2 Die gemeinsamen Eigenschaften der Stabilitätsprobleme

9.0.3 Die Lösung des Stabilitätsproblems

9.1 Böschungsstabilität

9.1.1 Einführung

9.1.2 Vereinfachungen gegenüber der Natur

9.1.3 Die schwedischeMethode der Stabilitätsberechnung

9.1.4 Die Einflüsse desWassers

9.1.5 Das vereinfachte Verfahren nach Bishop

9.1.6 Das vereinfachte Verfahren nach Janbu

9.1.7 Die Praxis der Stabilitätsberechnung

9.1.8 Die unendlich lange Böschung in einem Reibungsmaterial

9.1.9 Die allgemeine Berechnung des Sicherheitsgrads

9.1.10 Diekinematischen Methoden von Culmann und Taylor

9.1.11 Hilfsmittel zur Ermittlung der Standsicherheit einfacher Böschungen im homogenen Boden

9.1.12 Geometrie des Bruches; andere Methoden

9.1.13 Einführung von Ankerkräften in die Stabilitätsberechnung

9.2 Tragfähigkeit

9.2.1 Einführung

9.2.2 Problemstellung

9.2.3 Die Näherungsmethoden für den undrainierten Zustand

9.2.4 Die statischeMethode für den drainierten Zustand

9.2.5 Die allgemeine Tragfähigkeitsformel

9.2.6 Die Tragfähigkeitsfaktoren Nc,Nq und N.

9.2.7 Allgemeines und örtliches Abscheren

9.2.8 Einflüsse des Porenwasserdruckes

9.2.9 Grösse der Sicherheit Fstat

9.2.10 Andere Randbedingungen

9.2.11 Exzentrizität des Lastangriffes

9.2.12 Formfaktoren s

9.2.13 Tiefenfaktoren d

9.2.14 Lastneigungsfaktoren i

9.2.15 Geländeneigungsfaktoren g

9.2.16 Fundamentneigungsfaktoren b.

9.2.17 Undrainierte Belastung(f = 0)

9.2.18 Abgleiten des Fundamentes auf der Fundamentsohle

9.2.19 Der Begriff der „zulässigen Bodenpressung“

9.3 Erddruck

9.3.1 Einführung

9.3.2 Die Erddrucktheorie von Rankine

9.3.3 Deformationen und Erddruck

9.3.4 Verteilung des Erddruckes

9.3.5 Wirkung der Kohäsion

9.3.6 Kurzfristige Stabilität und Wirkung des Grundwassers

9.3.7 Die Erddrucktheorie von Coulomb

9.3.8 Der Erddruck als Stabilitätsproblem (nach Coulomb)

9.3.9 Der Einfluss der Kohäsion

9.3.10 Der Einfluss von Auflasten auf dem Gelände

9.3.11 Der Einfluss der Wandreibung

9.3.12 Zusammenfassung der Näherungsverfahren und Einflüsse

9.3.13 Allgemeine Randbedingungen

9.3.14 Grafische Ermittlung des Erddruckes

9.3.16 Erddruck in geschichteten Böden

9.3.17 Erddruck auf eine Winkelstützmauer

9.3.18 Abschirmung des Erddruckes

9.3.19 Einfluss des Wassers auf den Erddruck

9.3.20 Erddruck-Umlagerung

9.3.21 Gewölbewirkung

10 Vertikale Baugrubenabschlüsse

10.1 Problemstellung

10.2 Übersicht über die wichtigsten Wandsysteme

10.3 Belastungen der Wände

10.4 Bauzustände

10.5 Die nicht abgestützte, im Boden eingespannte Wand

10.6 Die einfach abgestützte Wand

10.7 Mehrfach abgestützteWand

10.8 Erdwiderstand vor schmalen Druckflächen

10.9 Systemsicherheit und Abstützungen

11 Die Sohldruckverteilung unter Fundamenten

11.1 Einführung

11.2 Allgemeiner Grundsatz

11.3 Die relative Steifigkeit K

11.4 Das Spannungstrapezverfahren

11.5 Das Bettungsmodulverfahren (Bettungszifferverfahren)

11.6 Der Bettungsmodul ks

11.7 Das Steifezahlverfahren

11.8 Bemerkungen zu den Verfahren

11.9 Das starre Fundament

12 Tiefgründung

12.1 Einführung

12.2 Baugrundverbesserung

12.3 Pfahlarten

12.4 Der Lasttransport in Pfählen

12.5 Die Abschätzung von Spitzenwiderstand und Mantelreibung

12.6 Die negative Mantelreibung

12.7 Rammpfähle in sensitiven Böden

12.8 Die Setzung von Einzelpfählen

12.9 Die Gruppenwirkung

12.10 Die horizontale Belastung von Pfählen

13 Sicherheitsüberlegungen

13.1 Einführung

13.2 Stabilitätsprobleme

13.3 Böschungsstabilität

13.4 Tragfähigkeit von Fundamenten

13.5 Erddruckprobleme

13.6 Abgleiten und Kippen von Fundamenten

13.7 Hydraulischer Grundbruch

13.8 Auftriebssicherheit von Bauwerken

13.9 Deformationen (Setzungen)

13.10 Zusammenfassung

14 Ausgewählte Beispiele

14.0 Einführung

14.1 Die einfach abgestützte Wand: Einflüsse des Wassers

14.2 Hydraulischer Grundbruch und Auftrieb

14.3 Der Einfluss der Spannungsgeschichte am Beispiel der Vorbelastung

14.4 Stabilitätsberechnung nach Janbu

14.5 Aktiver und passiver Erddruck: Allgemeinere Randbedingungen

15 Tropische Böden

15.1 Einführung

15.2 Das Residualprofil

15.3 Die Verwitterung

15.4 Neubildungen

15.5 Die Klassifikation tropischer Böden

15.6 Die äusseren Einflüsse als System-Bestandteile

15.7 Die Erosion

16 Boden und Fels

16.1 Einführung

16.2 Grundeigenschaften von Boden und Fels

16.3 Trennflächengefüge und Gefügemodell

16.4 Lösen und Verdichten von Fels

16.5 Formänderungseigenschaften von Fels

16.6 Festigkeitseigenschaften von Fels

16.7 Eigenspannungen im Gebirge

17 Beispiele

17.0 Einführung

17.1 Kenngrössen für Böden

17.2 Kenngrössen des Naturzustandes, Volumenbilanz

17.3 Totale und effektive Spannungen

17.4 Festigkeitseigenschaften und einfachste Stabilitätsberechnung

17.5 Undrainierte Scherfestigkeit su

17.6 Künstliche Verdichtung

17.7 Setzungsberechnung, Kompressionsbeiwert Cc

17.8 Setzungsberechnung, Spannungsgeschichte

17.9 Eindimensionale Konsolidation

17.10 Hydraulische Aspekte einer Baugrube

17.11 Sohlpressung von Fundamenten

17.12 Stabilitätsberechnung, Einfluss von Porenwasserüberdrücken

17.13 Stabilitätsfaktoren

17.14 Erddruck und Tragfähigkeit

17.15 Pfahlfundation

17.16 Nicht abgestützte vertikale Wand

17.17 Einfach abgestützte vertikale Wand

17.18 Mehrfach abgestützte vertikale Wand

17.19 Bestimmung des k-Wertes aus einem Pumpversuch

17.20 Grundwasserabsenkung mit einer Mehrbrunnenanlage

17.21 Standsicherheit einer Felsböschung

Anhang

Tabelle A bis E Spannungsverteilungen im Baugrund

Tabelle F Setzung des kennzeichnenden Punktes K

Tabelle G Sohlpressungen unter einer Fundamentplatte

Tabelle H1 bis H8 Konsolidation

Literatur

Sachverzeichnis