30. Baugrundtagung 2008 Spezialsitzung Forum für

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1 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure Spannungspfadabhängige Verformungen bei augruben in weichen öden ipl.-ng. Patrick ecker, Universität Kassel, p.becker@uni-kassel.de ie inflüsse der augrubenherstellung in weichen öden auf die elastung der Verbauwand werden ureit in der auprais auf der sicheren Seite liegend für den ungünstigsten all einer undränierten und dränierten Spannungsanalyse erfasst. ine uverlässige Prognose der mit den Konsolidationsvorgängen verbundenen Setungen des odens hinter der Wand und ebungen in der augrube ist mit dem dereitigen Kenntnisstand allerdings nicht möglich. ründe hierfür sind vor allem in dem nichtlinearen viskoplastischen Materialverhalten der weichen öden und in den kompleen Randbedingungen der augrund-tragwerk- nteraktion bei augruben u finden. n der Prais werden renustandsbetrachtungen für die Tragfähigkeit und ebrauchstauglichkeit bei augruben in weichen öden sowohl mit analytischen als auch mit numerischen Methoden nur mit einer nahl von Vereinfachungen und auf der sicheren Seite liegend durchgeführt. aubegleitend sind daher immer messtechnische Verfahren im Rahmen der eobachtungsmethode erforderlich. Zur Untersuchung der eitabhängigen Spannungsentwicklung bei augruben in weichen öden sind mit einer numerischen Parametervariation für maßgebende auustände bei augruben in weichen öden (bb. 1) charakteristische Spannungspfadonen ermittelt worden. Materialparameter, die das eitabhängige Spannungs-ehnungsverhalten beeinflussen, und geometrische bmessungen wurden unter Verwendung verschiedener Stoffgesete (ardening Soil Modell, Soft Soil Modell, Mohr oulomb Modell) variiert, so dass eine bgrenung in charakteristische Spannungspfadonen ermöglicht wurde. nicht einfach mehrfach mit Sohlaussteifung bb. 1: harakteristische auustände bei der augrubenherstellung emplarisch werden hier für den auustand einer nicht gestütten und im oden eingespannten Wand,.. erster Vorbauustand mit sehr geringer ushubtiefe ur erstellung der Kopfaussteifung, die Spannungs- und ehnungspfade für die maßgebenden ereiche bei einer erechnung mit dem ardening Soil Modell (SM) in bb. dargestellt. us ründen der ebrauchstauglichkeit ist dieser auustand bei augruben in weichen öden besonders kritisch, da bereits geringe ushubentlastungen u großen Verformungen der Verbauwand infolge der Mobilisierung der bodenmechanischen inspannung und somit u erheblichen Setungen hinter der Wand führen. n (6) wird daher die erstellung eines umlaufenden Kopfbalkens im vorweg des ushubs empfohlen, der als urtung für eine Steifenlage in eländehöhe dienen kann. ie Totalen Spannungspfade in bb. beschreiben ntlastungspfade infolge des ushubs. ür die ereiche, die durch die Mobilisierung der bodenmechanischen inspannung der Wand horiontal beansprucht werden (Punkte und ), ist erwartungsgemäß ein elastungspfad festustellen. nhand der Porenwasserdruckentwicklung (bb. 3) und des ehnungspfades für den ereich unterhalb der augrubensohle direkt neben der Wand (Punkt ) wird eine naheu volumenkonstante Verformung mit ansteigendem Porenwasserüberdruck ersichtlich. 46

2 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure 'y- ' ε q Totale Spannungspfade kf (tension) () k ' bw. y+ -u ehnungspfade tension 'y- ' ε v bb. : Spannungs- und ehnungspfade infolge erstellung einer nicht gestütten augrube (SM) t ' bw. y+ -u ffektive Spannungspfade kf (tension) / () k u 1 1 tension u 1 1 tension ε y ε bb. 3: Porenwasserüberdruckentwicklung in bhängigkeit vertikaler und horiontaler ehnungen infolge erstellung einer nicht gestütten augrube (SM) 47

3 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure Mit spannungspfad- und spannungsratengesteuerten Triaialversuchen wurde darüber hinaus der Zusammenhang wischen der spannungspfadartigen eanspruchung bei augruben in weichen öden und der eitabhängigen Porenwasserdruckentwicklung untersucht. rgebnisse der lementversuche für die elastung mit idealisierten totalen Spannungspfaden sind beispielhaft in bb. 4 dargestellt. er Vergleich mit den erechnungsergebnissen einer numerischen nalyse unter Verwendung verschiedener höherwertiger Stoffgesette eigt eine nicht immer ufriedenstellende Prognose des eitabhängigen Spannungs-Verformungsverhalten. - < < = < Konsolidation < = > < < > sbruch > = K - Linie ( K < 1) = > tensionsbruch > > + '1- '3 (c) 1 K =,7 ϕ' =, c' = 11,3 kn/m² K f - K K f -tension ' 1 + ' 3 bw bb. 4: a) dealisierte totale Spannungspfade bei augruben in weichen öden b) harakteristische totale und effektive Spannungspfade (Triaialversuche) c) Spannungspfadabhängige Porenwasserdruckentwicklung (Triaialversuche) U--9 (SP U--9 (TSP U--1 (SP U--1 (TSP U--1 (SP U--1 (TSP U-- (SP U-- (TSP U--1 (SP U--1 (TSP u [kn/m ] -1 U--9 U--1 U--1 U--1 U-- U ε 1 [%] ufgrund der nisotropie der weichen öden ist die spannungspfadabhängige Steifigkeit ein wesentlicher influssfaktor für die Verformung bei augruben. ie spannungspfadgesteuerten Triaialversuche können hieru weitere rkenntnisse liefern. arüber hinaus ist die eitabhängige Porenwasserdruckentwicklung wegen der kompleen Randbedingungen der augrund-tragwerk-nteraktion bei augruben in weichen öden nicht immer weifelsfrei prognostiierbar. uswertungen von messtechnisch überwachten augrubenherstellungen in weichen öden und die numerische Parametervariation für idealisierte auustände werden ur efinition von charakteristischen Spannungspfadonen verwendet, die eine Zuordnung der Porenwasserdruckentwicklung ermöglichen. 48

4 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure Spannungspfadabhängige Verformungen bei augruben in weichen öden ipl.-ng. Patrick ecker, Universität Kassel, p.becker@uni-kassel.de ie inflüsse der augrubenherstellung in weichen öden auf die elastung der Verbauwand werden ureit in der auprais auf der sicheren Seite liegend für den ungünstigsten all einer undränierten und dränierten Spannungsanalyse erfasst. ine uverlässige Prognose der mit den Konsolidationsvorgängen verbundenen Setungen des odens hinter der Wand und ebungen in der augrube ist mit dem dereitigen Kenntnisstand allerdings nicht möglich. ründe hierfür sind vor allem in dem nichtlinearen viskoplastischen Materialverhalten der weichen öden und in den kompleen Randbedingungen der augrund-tragwerk- nteraktion bei augruben u finden. n der Prais werden renustandsbetrachtungen für die Tragfähigkeit und ebrauchstauglichkeit bei augruben in weichen öden sowohl mit analytischen als auch mit numerischen Methoden nur mit einer nahl von Vereinfachungen und auf der sicheren Seite liegend durchgeführt. aubegleitend sind daher immer messtechnische Verfahren im Rahmen der eobachtungsmethode erforderlich. Zur Untersuchung der eitabhängigen Spannungsentwicklung bei augruben in weichen öden sind mit einer numerischen Parametervariation für maßgebende auustände bei augruben in weichen öden (bb. 1) charakteristische Spannungspfadonen ermittelt worden. Materialparameter, die das eitabhängige Spannungs-ehnungsverhalten beeinflussen, und geometrische bmessungen wurden unter Verwendung verschiedener Stoffgesete (ardening Soil Modell, Soft Soil Modell, Mohr oulomb Modell) variiert, so dass eine bgrenung in charakteristische Spannungspfadonen ermöglicht wurde. nicht einfach mehrfach mit Sohlaussteifung bb. 1: harakteristische auustände bei der augrubenherstellung emplarisch werden hier für den auustand einer nicht gestütten und im oden eingespannten Wand,.. erster Vorbauustand mit sehr geringer ushubtiefe ur erstellung der Kopfaussteifung, die Spannungs- und ehnungspfade für die maßgebenden ereiche bei einer erechnung mit dem ardening Soil Modell (SM) in bb. dargestellt. us ründen der ebrauchstauglichkeit ist dieser auustand bei augruben in weichen öden besonders kritisch, da bereits geringe ushubentlastungen u großen Verformungen der Verbauwand infolge der Mobilisierung der bodenmechanischen inspannung und somit u erheblichen Setungen hinter der Wand führen. n (6) wird daher die erstellung eines umlaufenden Kopfbalkens im vorweg des ushubs empfohlen, der als urtung für eine Steifenlage in eländehöhe dienen kann. ie Totalen Spannungspfade in bb. beschreiben ntlastungspfade infolge des ushubs. ür die ereiche, die durch die Mobilisierung der bodenmechanischen inspannung der Wand horiontal beansprucht werden (Punkte und ), ist erwartungsgemäß ein elastungspfad festustellen. nhand der Porenwasserdruckentwicklung (bb. 3) und des ehnungspfades für den ereich unterhalb der augrubensohle direkt neben der Wand (Punkt ) wird eine naheu volumenkonstante Verformung mit ansteigendem Porenwasserüberdruck ersichtlich. 46

5 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure 'y- ' ε q Totale Spannungspfade kf (tension) () k ' bw. y+ -u ehnungspfade tension 'y- ' ε v bb. : Spannungs- und ehnungspfade infolge erstellung einer nicht gestütten augrube (SM) t ' bw. y+ -u ffektive Spannungspfade kf (tension) / () k u 1 1 tension u 1 1 tension ε y ε bb. 3: Porenwasserüberdruckentwicklung in bhängigkeit vertikaler und horiontaler ehnungen infolge erstellung einer nicht gestütten augrube (SM) 47

6 3. augrundtagung 8 Speialsitung orum für Westfalenhalle ortmund junge eotechnik-ngenieure Mit spannungspfad- und spannungsratengesteuerten Triaialversuchen wurde darüber hinaus der Zusammenhang wischen der spannungspfadartigen eanspruchung bei augruben in weichen öden und der eitabhängigen Porenwasserdruckentwicklung untersucht. rgebnisse der lementversuche für die elastung mit idealisierten totalen Spannungspfaden sind beispielhaft in bb. 4 dargestellt. er Vergleich mit den erechnungsergebnissen einer numerischen nalyse unter Verwendung verschiedener höherwertiger Stoffgesette eigt eine nicht immer ufriedenstellende Prognose des eitabhängigen Spannungs-Verformungsverhalten. - < < = < Konsolidation < = > < < > sbruch > = K - Linie ( K < 1) = > tensionsbruch > > + '1- '3 (c) 1 K =,7 ϕ' =, c' = 11,3 kn/m² K f - K K f -tension ' 1 + ' 3 bw bb. 4: a) dealisierte totale Spannungspfade bei augruben in weichen öden b) harakteristische totale und effektive Spannungspfade (Triaialversuche) c) Spannungspfadabhängige Porenwasserdruckentwicklung (Triaialversuche) U--9 (SP U--9 (TSP U--1 (SP U--1 (TSP U--1 (SP U--1 (TSP U-- (SP U-- (TSP U--1 (SP U--1 (TSP u [kn/m ] -1 U--9 U--1 U--1 U--1 U-- U ε 1 [%] ufgrund der nisotropie der weichen öden ist die spannungspfadabhängige Steifigkeit ein wesentlicher influssfaktor für die Verformung bei augruben. ie spannungspfadgesteuerten Triaialversuche können hieru weitere rkenntnisse liefern. arüber hinaus ist die eitabhängige Porenwasserdruckentwicklung wegen der kompleen Randbedingungen der augrund-tragwerk-nteraktion bei augruben in weichen öden nicht immer weifelsfrei prognostiierbar. uswertungen von messtechnisch überwachten augrubenherstellungen in weichen öden und die numerische Parametervariation für idealisierte auustände werden ur efinition von charakteristischen Spannungspfadonen verwendet, die eine Zuordnung der Porenwasserdruckentwicklung ermöglichen. 48