B.Sc.-Modulprüfung Geotechnik II

Transkript

1 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Franziska-Braun-Straße Darmstadt Tel Fax Mail: katzenbach@geotechnik.tu-darmstadt.de B.Sc.-Modulprüfung Geotechnik II im SS 2015 am Name, Vorname: Matrikelnummer:

2 Prüfung Geotechnik II 2 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 1 (max. 28 Punkte) Die in der Anlage dargestellte Baugrube wird mit einer wasserdichten Spundwand gesichert. a) Stellen Sie den Strömungsvorgang anhand eines Potentialnetzes dar. Beschriften Sie die von Ihnen gewählten Randbedingungen. b) Berechnen Sie die Wasserdruckverteilung auf die Verbauwand und stellen Sie diese graphisch dar. c) Führen Sie den Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch.

3 Prüfung Geotechnik II 3 Name, Vorname: Matrikelnr.: A Sa sasi Bodenkennwerte Cl Auffüllung (A): Sand (Sa): Schluff, sandig (sasi): Ton (Cl): = 18,5 kn/m³ = 19,0 kn/m³ = 19,5 kn/m³ = 18,5 kn/m³ r = 19,5 kn/m³ r = 21,0 kn/m³ r = 20,5 kn/m³ r = 20,0 kn/m³ = 27,5 = 32,5 = 25,0 = 20,0 c = 0,0 kn/m² c = 0,0 kn/m² c = 5,0 kn/m² c = 20,0 kn/m² k = m/s k = m/s k = m/s

4 Prüfung Geotechnik II 4 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 2 (max. 13 Punkte) Zur Abtragung der ständigen Last F (inkl. igengewicht des Fundamentes) sowie den ständigen Momenten M 1 und M 2 soll ein rechteckiges inzelfundament hergestellt werden. Bestimmen sie die erforderliche inbindetiefe des Fundamentes, damit die Sicherheit gegen Grundbruch gewährleistet ist. F = kn M 1 = 700 knm M 2 = 50 knm Bodenkennwerte Sand, schluffig (sisa): = 18 kn/m³ = 25 c = 5 kn/m²

5 Prüfung Geotechnik II 5 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 3 (max. 14 Punkte) Für die unten dargestellte Situation sind der Nachweis gegen Gleichgewichtsverlust durch Kippen sowie der Nachweis der Sicherheit gegen Gleiten zu führen. Welche Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sind noch für die dargestellte Situation zu führen? Hinweise: - Der charakteristische Sohlreibungswinkel darf mit angenommen werden. - Die Wichte der Stützmauer darf mit 25 kn/m³ angenommen werden. 0,8 m ±0,0 m NHN p = 10,0 kn/m² -2,0 m NHN -2,4 m NHN 1,2 m Sa Bodenkennwerte Sand (Sa): = 19,0 kn/m³ r = 20,0 kn/m³ ' = 32,5 c ' = 0,0 kn/m² a = 2/3 ' = 1/3 ' p

6 Aufgabe 1 (max. 28 Punkte) a) Potentialnetz ΔH = 6,5m n =11Potentialschritte m = 3Stromröhren h oben =13,5m Aufgabe1 1 / 3

7 b) Wasserdruckverteilung auf die Verbauwand Potentialschritt Potential Geod. Höhe Wasserdruck i h = h oben ( H/n)*i z u = w *(h-z) [-] [m] [m] [kn/m²] 0 13,50 12,0 15, ,91 10,2 26, ,32 8,4 38, ,73 6,5 52, ,14 5,0 61, ,55 3,0 75,49 6 9,95 3,0 69,58 7 9,36 3,0 63,67 8 8,77 3,7 50,26 9 8,18 4,8 33, ,59 6,0 16, ,00 7,0 0,00 Aufgabe1 2 / 3

8 c) Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch S γ G' γ dst H stb G,stb BS-T: γ =0,95 H G,stb γ =1,6 (Schluff ungünstiger Boden) Δh 2,4m S dst = f kn kn s Δl= γw Δl = 10 4 m = 24 Δl 4m m³ m² G kn kn kn stb = 0,5 19,5 + 4 m 10,5 = 51,75 m³ m³ m² 24 kn 1,6 51,75 kn 0,95 m² m² 38,4 k N 49,16 kn m² m² Nachweis erfüllt Aufgabe1 3 / 3

9 Aufgabe 2 (max. 13 Punkte) Grundbruchsicherheit R = a' b' (γ b' N + γ d N + c N ) n,k 2 b 1 d c BS-P: γ = 1,4 R,v γ = 1,35 G 700 knm e a = =0,31m 2.250kN a' = 3m - 2 0,31m = 2,38m 50 knm e b = =0,02m 2.250kN b' = 2,5m - 2 0,02 m = 2,46m a' = 2,46m neu b' = 2,38m neu φ 2 N = N -1 tan φ = 4,51 2 πtan(φ) N d0 = tan 45+ e = 10,66 b0 c0 d0 N d0-1 tan φ N = = 20,72 b' υ d = 1+ sin(φ) = 1,41 a' b' υ b = 1-0,3 = 0,71 a' υ N -1 d d0 υ c = = 1,45 N d0-1 N = 10,661, 41 = 15,03 d N = 4,51 0,71 = 3,20 b N = 20,72 1,45 = 30,04 c Aufgabe 2 1 / 2

10 d R n,d k γ g R γ n,k R,v R γ γ n,k k g R,v R = a' b' (γ b' N +γ d N +c N ) γ = 3037,5 1,4 n,k 2 b 1 d c d R,v a' b' (γ b' N +γ d N +c N ) 4252,5 kn 2 b 1 d c 2,46m 2,38m 18 kn 2,38m 3,2+18kN d 15,03+5 kn 2 m³ m³ m 30, ,5 kn 18 kn 15,03 d 726,33kN -137,09 kn -150,20 kn m³ m m m 439,04 d 1,62m 18 15, Aufgabe 2 2 / 2

11 Aufgabe 3 (max. 14 Punkte) rddruck auf die Stützmauer δ 2 a = φ' 3 φ' = 32,5 K = 0,25 = K agh aph Tiefe z e agh e aph [m] [kn/m²] [kn/m²] 0 0 2,5 2,4 11,4 2,5 h a + 2b 2,4m 13,9 + 22,5 y s = = = 0,922 m 3 a+b 3 13,9 + 2,5 2,5 kn +13,9kN ahk = 2,4 = 19,68 2 avk = ahk tan(δ a ) = 7,82 kn m 2 2 m m kn igengewicht der Stützmauer m 0,8 m +1,2 m G = 2,4 m 25 kn kn 3 = 60 2 m m x = 3 ξ = 1,2 m a = 1,2 m b = 0,8 m 2 2 a -b + ξ (a +2b) 3 (a + b) = 0,7 m Aufgabe 3 1 / 2

12 Nachweis der Sicherheit gegen Gleichgewichtsverslust durch Kippen BS-P; QU γ =1,10 ; γ =0,90 G,dst G,stb dst,d stb,d ahk,k 0,9m 1,10 0,7m G +1,2m 0,90 av,k knm knm dst,d =19,5 46,2 = m m stb,d Nachweis erfüllt Nachweis der Sicherheit gegen Gleiten BS-P; GO-2 γ = 1,35 ; γ = 1,1 G R,h dst,d stb,d G + av,k tanφ R d = = 39,3 kn 1,1 m H d = ah,k 1,35 = 26,6 kn m R kn kn d= 39,3 26,6 = H m m d Nachweis erfüllt Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit: - Nachweis der Sicherheit gegen Geländebruch - Nachweis der Sicherheit gegen Grundbruch - Nachweis der Fundamentverdrehung und Begrenzung einer klaffenden Fuge Aufgabe 3 2 / 2