B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M023 Geotechnik II

Transkript

1 Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Petersenstraße Darmstadt Tel Fax B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II im SS 01 am Name, Vorname: Matrikelnummer:

2 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 1 (max. 8 Punkte) In der Anlage ist ein Flusswehr dargestellt. a) Stellen Sie die Unterströmung des Flusswehrs anhand eines Potentialnetzes dar. Markieren und beschriften Sie alle von Ihnen gewählten Randbedingungen. b) Bestimmen Sie die Verteilung des Wasserdrucks auf die Sohlplatte und stellen Sie diese grafisch dar. c) Bestimmen Sie Betrag und Richtung der spezifischen Strömungskraft in den Punkten A, B und C.

3 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Anlage zu Aufgabe 1

4 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe (max. 8 Punkte) In der Anlage ist eine ausgesteifte wasserdichte Verbauwand zur Sicherung einer Baugrube dargestellt. a) Führen Sie den Nachweis gegen Aufschwimmen (UPL). b) Überprüfen Sie die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch (HYD). c) Bestimmen Sie die einströmende Wassermenge innerhalb der Baugrube. d) Benennen Sie drei Arten von wasserdichten Verbauwänden und klassifizieren Sie diese nach der Verformungsempfindlichkeit. Erläutern Sie stichpunktartig den jeweiligen Herstellungsprozess unter Berücksichtigung der gegebenen Baugrundverhältnisse.

5 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Anlage zu Aufgabe

6 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Aufgabe 3 (max. 34 Punkte) Eine Winkelstützwand, wie in der Anlage dargestellt, soll zur dauerhaften Sicherung eines Geländesprunges dienen. a) Ermitteln Sie mit Hilfe des Mohrschen Spannungskreises die Gleitflächenwinkel und überprüfen Sie, ob sich die konjugierte Gleitfläche vollständig ausbilden kann. Bestimmen Sie anschließend die Gleitflächenwinkel rechnerisch. b) Lesen Sie den aktiven Erddruck im Mohrschen Spannungskreis ab, der im Punkt A herrscht (siehe Anlage). c) Ermitteln Sie rechnerisch die Größe und die Verteilung des für die Nachweise erforderlichen aktiven Erddrucks. d) Führen Sie mit den Werten aus dem Aufgabenteil c) alle erforderlichen Nachweise mit Ausnahme des Nachweises gegen Böschungsbruch. Hinweis: Im Hinterfüllungsbereich kann der aktive Erddruck vereinfachend auf die fiktive Wand angesetzt werden.

7 B.Sc.-Modulprüfung 13-C0-M03 Geotechnik II am 06. August 01 Name, Vorname: Matrikelnr.: Anlage zu Aufgabe 3

8 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Aufgabe 1 - a) Siehe (Anlage) b) Wasserdruck auf Sohlplatte: u i = w (h i - z), w =10 kn/m³ Unterkante Sohlplatte: z = 15,0 m Höhe Oberwasser: H o = 9,5 m Anzahl der Potentialschritte: n = 18 H = 6,0 m, h = H / n = 6,0 m / 18 = 0,33 m Potentialschritt i h i [m] u i [kn/m²] 7 9,5 m - 7 0,33 m = 7,19 m 11,9 8 9,5 m - 8 0,33 m = 6,86 m 118,6 9 9,5 m - 9 0,33 m = 6,53 m 115,3 10 9,5 m ,33 m = 6,0 m 11,0 11 9,5 m ,33 m = 5,87 m 108,7 1 9,5 m - 1 0,33 m = 5,54 m 105,4 Grafische Darstellung: Siehe (Anlage) c) Betrag der spezifischen Strömungskraft: f s = i w, i = h / l Punkt l [m] (gemessen) f s [kn/m³] A 8,3 m ( Potentialschritte) 0,33 m / 8,3 m 10 kn/m³ = 0,80 kn/m³ B 4,5 m (1 Potentialschritt) 0,33 m / 4,5 m 10 kn/m³ = 0,73 kn/m³ C 7,0 m ( Potentialschritte) 0,33 m / 7,0 m 10 kn/m³ = 0,94 kn/m³ Richtungen der spezifischen Strömungskraft: Siehe (Anlage) Grundfachklausur Geotechnik II im SS 01 am Aufgabe: 1 Bearb.: Ra am: /

9 Wehrgebäude + 7,5 m ( ) Wehrverschluss Gelenk + 1,5 m Spundwand RPL 100 % ( ) ± 0,0 m Spundwand Tosbecken RSL RPL 0 % RSL A RSL 18 C 105,4 11,0 u [kn/m²] 108,7 115,3 118,6 11,9-6,0 m 7,0 m 8,3 m 1-7,0 m Sohlplatte RSL RSL 17 RSL - 15,0 m RSL Si B z ,5 m ,0 m RSL Bodenkennwerte Randpotentiallinie (RPL) Schluff (Si): Ton (Cl): Randstromlinie (RSL) g = 19,0 kn/m³ gr = 0,0 kn/m³ j = 5,0 c = 5 kn/m² k = 10-6 m/s g = 19,5 kn/m³ gr = 1,0 kn/m³ j = 0,0 c = 0,0 kn/m² k = m/s im SS 01 am Aufgabe: 1 Bearb.: Ra am: / Cl

10 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Aufgabe a) Nachweis gegen Aufschwimmen (UPL): nach EC-7 + G dst γ G; dst Qdst γ Q; dst Gstb γ G; stb G dst = u A A=1m² u = 5, m 10 kn / m³ = 5 kn / m² G dst = 5kN G G stb stb = (0,5m 18,0kN / m³ +,0m 19,0kN / m³ +,0m 0,5kN / m³) A = 88kN Bemessungssituation BS-T γ ; = 1, 05 und γ ; = 0,95 G dst G stb Nachweis: 1,05 5kN = 54,6kN 0,95 88kN = 83,6kN } 54,6kN 83,6kN Nachweis erbracht! b) Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch (HYD): nach EC-7 γ = γ S dst H fs l H A G stb G; stb ' γ ( 0,5m 18,0kN / m³ +,0m 9,0kN / m³ +,0m 10,5kN / m³ ) A A 1m² G' stb = = G' stb = 48kN im SS 1 am Aufgabe: Bearb.: Re am: /3

11 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Strömungskraft: S dst = f l A = γ h A s w mit γ w = 10 kn / m³ und h = 9,0m 7,8m = 1, m S dst = 10,0kN / m³ 1,m 1,0m² = 1kN Teilsicherheitsbeiwerte: Bemessungssituation BS-T γ G, stb = 0,95 Bemessungssituation BS-T, ungünstiger Baugrund (IC = 0,70) γ H = 1, 60 Nachweis: S dst G' stb γ H = 1,0kN 1,60 = 19,kN γ : = 48,0kN 0,95 = G stb 45,6kN } 19,kN 45,6kN Nachweis erbracht! c) Einströmende Wassermenge h 1, Spezifische Strömungskraft: fs = γ w = 10kN / m³ = 6,0kN / m³ l,0 Einströmende Wassermenge: Q = v A = k i A mit A = 5,0m 1,0m ( pro laufenden Meter) k = 5 10 i = 1,,0 7 m / s = 0,6 Q = 3, m³/ ( m s) = 10,8l /( m s) im SS 1 am Aufgabe: Bearb.: Re am: /3

12 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt d) Wasserdichte Verbauwände: - Spundwand => nachgiebig - Überschnittene Bohrpfahlwand => verformungsarm - Schlitzwand => verformungsarm Herstellungsschritte - Spundwand: - Einbringen der Einzelbohlen bzw. Doppelbohlen: Einrammen/Einrütteln/Einpressen - Aufgrund der Schichtung des Baugrundes ist die erforderliche Einbringenergie nicht nur von der Tiefe, sondern auch von der Bodenart abhängig. Herstellungsschritte - Überschnittene Bohrpfahlwand: - Herstellung der Bohrpfähle in zwei Arbeitsgängen: o o Erster Arbeitsgang: Herstellen der Primärpfählen, unbewehrt Zweiter Arbeitsgang: Herstellen der zwischenliegenden Sekundärpfählen, bewehrt - Berücksichtigung der Baugrundverhältnissen: die Herstellung des Bohrlochs mit einer Verrohrung muss mit einer Wasserauflast durchgeführt werden, um ein hydraulischen Grundbruch im Bohrloch zu vermeiden. Alternativ: Flüssigkeitsgestützte Herstellung. Das Betonieren erfolgt im Kontraktorverfahren. Herstellungsschritte - Schlitzwand: 1) Herstellung einer Leitwand ) Herstellen der Schlitzwandelemente im Pilgerschrittverfahren o Herstellung des Schlitzes im Schutze einer Stützflüssigkeit mit Greifer oder Fräse o Fertigstellung: Einphasenschlitzwand = der Stützflüssigkeit wird Zement beigemischt, Einbau Bewehrungskorb / Zweiphasenschlitzwand = Rückgewinnung der Stützflüssigkeit über Separieranlage, Einbau Bewehrungskorb, Betonieren im Kontraktorverfahren im SS 1 am Aufgabe: Bearb.: Re am: /3

13 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Aufgabe 3 - a) Spannungen im Punkt A z 5,5m 0,95m 6, 45m z cos 18,5 kn / m 6, 45mcos 17,5 108,5 kn / m 3 z cos sin 18,5 kn / m 6, 45mcos17,5 sin17,5 34, kn / m 3 x tan17,5 3m x tan17,53m 0,95m im SS 01 am Aufgabe: 3 Bearb.: Rp am: /5

14 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt zeichnerisch rechnerisch cos a arctan sin a cos sin sin cos a 1 mit: 0 ; 17,5 ; 35 ; a 54,7 a ' ,3 a a b) aktiver Erddruck am Mohr schen Spannungskreis ea 37 kn / m² im SS 01 am Aufgabe: 3 Bearb.: Rp am: /5

15 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt c) Erddruckermittlung 1 fiktive Wand: 0 ; 17,5 ; 35 ; a Kagh 0,975 Winkelstützmauer: 0 ; 17,5 ; 35 ; a Kagh 0,875 3 e( z 0 m) 0 o e( z 6, 45 m) 6, 45m18,5 kn / m 0, ,5 kn / m 3 u e( z 6, 45 m) 6, 45m18,5 kn / m 0, ,3 kn / m 3 e( z 6,95 m) 6,95m 18,5 kn / m 0, , 0 kn / m 3 -Kontrolle Ablesung e a im Mohr schen Spannungskreis e a eah 35,5 kn / m 37, kn / m cos( ) cos17,5 a d) Nachweis der Sicherheit gegen Gleichgewichtsverlust durch Kippen Eigengewicht der Winkelstützmauer: G 0,5m 6m5 kn / m³ 75 kn / m 1 1 G 1 m 6 m 5 kn / m ³ 75 kn / m G 0,5m 3m 5 kn / m³ 37,5 kn / m 3 Eigengewicht des Bodens: 1 GE1 3 m 0,95 m 18,5 kn / m ³ 6,4 kn / m G 3m 5,5m 18,5 kn / m³ 305,3 kn / m E Vertikalkomponente der aktiven Erddruckkraft: E 114,5tan17,5 36,1 kn / m av1 Eav 17,8tan 357, 7 kn / m 3 V 563,0 kn / m im SS 01 am Aufgabe: 3 Bearb.: Rp am: /5

16 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt stabilisierendes Einwirkungsmoment: 751,5 750,67 37,53 6,4 3,5 305,3 3 36,1 4,5 7,7 4,5 E stb 146 knm / m destabilisierendes Einwirkungsmoment: 114,5,65 17,80,5 E dst 308 knm / m E E stb G, stb dst G, dst 1460,9 3081,1 1315,8 338,8 M knm / m V 563 kn / m M 1154 x,05m V 563 4,5 b 4,5m e,05 0, 0m 0,75m 6 6 Nachweis der Gleitsicherheit H R R d d p, d R p,d wird nicht angesetzt R V tan 563 tan kn / m k s, k H 114,5 kn / m 17,8 kn / m 13,3 kn / m k 13,31, /1,1 178,6 358, im SS 01 am Aufgabe: 3 Bearb.: Rp am: /5

17 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Nachweis der Grundbruchsicherheit V d R d V V 5631,35 760,1 kn / m d k G b ' 4,5m 0, 0m 4,1m N N d 0 35 N 1 tan 35, 6 tan35 tan ² 45 e 33,30 b0 d0 H 13,3 tan E 0, 34 V 563 m i i d b m 1 tan 1 0, 34 0,587 E m tan 1 0, 34 0, 449 E R nk, 4, 1m 1m 18,5 kn / m³ 4,1m, 60, ,5 kn / m³ 0, 75m 33,300, ,5 kn / m 470,5 Rd 3050,3 kn / m 760,1 kn / m 1,4 im SS 01 am Aufgabe: 3 Bearb.: Rp am: /5