Prüfung im Modul Geotechnik III. im SS am

Transkript

1 Fachbereich Bauingenieurwesen un Geoäsie Institut un Versuchsanstalt für Geotechnik Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Petersenstraße Darmstat Tel Fax Prüfung im Moul Geotechnik III im SS 2013 am Name, Vorname: Matrikelnummer:

2 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 2 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 1 (max. 17 Punkte) Untersuchen Sie für ie in en Anlagen argestellten Situationen I bis IV ie Sicherheit gegen Böschungsbruch auf er vorgegebenen böschungsparallelen Gleitfläche un geben Sie en jeweiligen Ausnutzungsgra an. Hinweis: Die Böschung kann als unenlich lang angenommen weren.

3 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 3 Name, Vorname: Matrikelnr.: I) II) Anlage 1 zu Aufgabe 1

4 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 4 Name, Vorname: Matrikelnr.: III) IV) Anlage 2 zu Aufgabe 1

5 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 5 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 2 (max. 13 Punkte) Für en Neubau einer Brücke wir eine Senkkastengrünung ausgeführt (s.u. un Anlage). a) Wie groß muss er Druck in er Arbeitskammer minestens sein, amit ie Sicherheit gegen hyraulischen Grunbruch gewährleistet ist? b) Ermitteln Sie ie pro Stune in ie Arbeitskammer einströmene Wassermenge. Grunriss Boenkennwerte 1,0 m San, schluffig (sisa): = 20,0 kn/m 3 r = 22,0 kn/m 3 = 27,5 c = 5,0 kn/m 2 k = m/s I C = 0,69 [-] Druckkammer Ton (Cl): = 20,0 kn/m 3 r = 21,0 kn/m 3 = 20,0 c = 20,0 kn/m 2 k = m/s I C = 0,75 [-] 80,0 m A A 5,0 m

6 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 6 Name, Vorname: Matrikelnr.: Druckkammer sisa Cl Schnitt A-A GW - 1,5 m () GOF ± 0,0 m - 20,0 m Arbeitskammer -14,5 m -16,0 m GW - 14,5 m () Anlage zu Aufgabe 2

7 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 7 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 3 (max. 15 Punkte) Eine Baugrube wir mit er in er Anlage 1 argestellten, einfach rückverankerten, frei aufgelagerten Spunwan gesichert. a) Ermitteln Sie ie Wasserruckverteilung auf ie Spunwan un stellen Sie ie Ergebnisse graphisch ar. b) Führen Sie alle erforerlichen geotechnischen Nachweise mit Ausnahme es Nachweises er Sicherheit gegen Gelänebruch. Hinweise: - Die Verteilung es aktiven un passiven Errucks auf ie Spunwan ist in Anlage 2 gegeben. - Der charakteristische Bruchwert er Pfahlmantelreibung im San beträgt 100 kn/m 2. - Der charakteristische Pfahlspitzenwierstan im San beträgt kn/m 2. - Die Aufstansfläche er Spunwan beträgt 0,15 m 2 /m. - Das Eigengewicht er Spunwan beträgt 2 kn/m 2.

8 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 8 Name, Vorname: Matrikelnr.: p = 10,0 kn/m² ± 0,0 m Ankerplatte - 1,75 m GW - 3,5 m () 12,0 m 1,5 m Sa - 4,5 m - 6,0 m - 6,0 m Cl GW - 7,0 m () GW - 7,0 m () Sa - 9,0 m Draufsicht Ankerplatten 1,5 m Boenkennwerte San (Sa): = 20,5 kn/m 3 r = 21,0 kn/m 3 = 32,5 c = 0 kn/m 2 δ a = +2/3 φ δ p = - 1/3 φ Ton (Cl): = 20,0 kn/m 3 r = 21,0 kn/m 3 = 20,0 c = 20,0 kn/m 2 δ a = +2/3 φ δ p = - 1/3 φ 3,0 m 1,5 m Anlage 1 zu Aufgabe 3

9 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Prüfung im Moul Geotechnik III 9 Name, Vorname: Matrikelnr.: Verteilung es aktiven un passiven Errucks auf ie Spunwan ±0 m 2,5 [kn/m²] -3,5 m 20,4-4,5 m 19,2 23,2 94,7-6,0 m -7,0 m 33,6 34,2 38,7 e = 196,3 ph -9,0 m e = 44,2 ah Anlage 2 zu Aufgabe 3

10 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Aufgabe 1 Sicherheit gegen Böschungsbruch BS-P, GEO-3 φ = 1,25 G = 1,0 b G t, h G G n, S n, S t, R Q Gleitfläche tanφ k tanφ = γ T = G φ t, t, n, n, t, n, + S R = G - S tanφ G = G sinβ G = G cosβ G = b h γ γ S = f b h γ G s G f = i γ = Δh γ Δl s w W = 9, h = 3 m, b = 1 m, w = 10 kn/m³ Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 1 Bearb.: Ra am / 5

11 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat I) Nicht urchströmte Böschung tan22 tanφ = 1,25 φ = 17,91 G = 1 m 3 m 19,5 kn/m³ 1,00 = 58,5 kn/m T = G sinβ = 58,5 kn/m sin9 = 9,2 kn/m R = G cosβ tanφ = 58,5 kn/m cos9 tan17,91 = 18,7 kn/m T R μ = = = 0,49 9,2 kn/m 18,7 kn/m Alternativ: tanβ tan9 μ = = = 0,49 tanφ tan17,91 Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 1 Bearb.: Ra am / 5

12 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat II) Durchströmte Böschung (S n, = 0) tanφ = 17,91 G = 1 m 3 m 11 kn/m³ 1,00 = 33,0 kn/m Δh S t, = γ W b h γ G = sinβ γ W b h γ G Δl = sin9 10 kn/m³ 1,0 m 3,0 m 1,00 = 4,7 kn/m T = 33,0 kn/m sin9 + 4,7 kn/m = 9,9 kn/ m Alternativ: T = 1 m 3 m 21 kn/m³ 1,00 sin9 = 9,9 kn/m R = 33,0 kn/m cos9 tan17,91 = 10,5 kn/m 9,9 kn/m μ = = 0,94 10,5 kn/m Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 1 Bearb.: Ra am / 5

13 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat III) Nicht urchströmte Böschung unter Auftrieb (S =0) tan25 tanφ = 1,25 φ = 20,46 G = 33,0 kn/m T = 33,0 kn/m sin9 = 5,2 kn/m R = 33,0 kn/m cos9 tan20,46 = 12,2 kn/m 5,2 kn/m μ = = 0,42 12,2 kn/m Alternativ: tanβ tan9 μ = = = 0,42 tanφ tan20,46 Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 1 Bearb.: Ra am / 5

14 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat IV) Durchströmte Böschung (S t, =0) φ = 20,46 G = 33,0 kn/m 0,5 m S n, = 10 kn/m³ 1,0 3,0 m 1,00 = 5,1 kn/m 3,0 m cos9 T = 33,0 kn/m sin9 = 5,2 kn/m R = (33,0 kn/m cos9-5,1 kn/m) tan20,46 = 10,3 kn/m 5,2 kn/m μ = = 0,50 10,3 kn/m Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 1 Bearb.: Ra am / 5

15 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat a) Minestruck in er Arbeitskammer: Potential 25 % (siehe Potentialnetz auf nächster ) 1, ³ 18 bei betrachteter Fläche A = 1 m² ³ ,5 1,5 ³ ,25 ³ 32,5 ² 25 ² Teilsicherheitsbeiwerte: (Bemessungssituation BS T), 0,95 1,60 (ungünstigster Untergrun) :, 32,5 25 1,60 18 ² 0,95 ² 32,5 1,60 18 ² 0, ,6 ² 0,88 b) Einströmene Wassermenge: Umfang es Senkkastens U = 180 m Stromlinien: m = 3 Potentiallinien: n = 8 ü 0,88 8,8 ü 14,5 1,5 8,8 4, , , ,1 ³ Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 2 Bearb.: Le am / 2

16 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 2 Bearb.: Le am / 2

17 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Aufgabe 3 a) Erruckbeiwerte: San: Ton: Wichte er Tonschicht: ( ) Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

18 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Horizontale aktive Erruckverteilung: [ ] * + ( ) Überprüfung es Minesterrucks: ( ) ( ) ( ) Überprüfung es Minesterruck: Horizontale passive Erruckverteilung: [ ] * + Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

19 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat b) Wasserruckverteilung: * + c) Resultierene horizontale, aktive Erruckkraft oberhalb BGS: ( ) ( ) ( ) Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

20 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Erruckumlagerung nach EAB: } Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

21 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Gesamte resultierene aktive, horizontale Erruckkraft: ( ) ( ) Gesamte resultierene aktive, vertikale Erruckkraft: * + ( ) ( ) * + ( ) Resultierene passive Erruckkraft: ( ) Anker- un Erauflagerkraft: Angriffspunkt : vereinfacht nach EAB (hiermit weitergerechnet) alternativ: genaue Schwerpunktermittlung ( ) Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

22 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Auflagerkräfte: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Nachweis er vertikalen Kräfte: ( ) Nachweis: Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

23 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Nachweis er horizontalen Kräfte: Teilsicherheitsbeiwerte: Bemessungssituation BS-T Nachweis 136,5 Nachweis gegen Versinken: Teilsicherheitsbeiwerte: Bemessungssituation BS-T 1. Nachweis: ( ) ( ) 2. Nachweis (alternativ zu 1. Nachweis): ( ) ( ) Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

24 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Nachweis er tiefen Gleitfuge: (Längen gemessen) Auflast: Boeneigengewicht: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Erruck auf ie Ersatzankerwan: San: [ ] * + Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

25 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat ( ) Kohäsion: Erruck: Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

26 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Nachweis: Nachweis er Sicherheit gegen Aufbruch es Verankerungsboens: aktiver Erruck: [ ] * + passiver Erruck: [ ] * + ( ) ( ) Nachweis: ( ) ( ) Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11

27 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor es Institutes un er Versuchsanstalt für Geotechnik er TU Darmstat Moulprüfung in Geotechnik III am Aufgabe 3 Bearb.: Le am / 11