Geophysikalische und geotechnische Feldversuche und deren Interpretation

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1 Geophysikalische und geotechnische Feldversuche und deren Interpretation zur Ermittlung der Bebenverstärkung und des Bodenverflüssigungspotentials infolge Erdbeben Dr. J. Studer Studer Engineering 8038 Zürich Studer Engineering 1

2 Inhalt Mikrozonierung Was ist Mikrozonierung? Welche geotechnische Grössen werden benötigt? Laborversuche vs. Feldversuche Seismische Versuche Cross-hole SASW Penetrationsversuche SPT CPT Auswertung bezüglich Erdbebenverstärkung Auswertung bezüglich Bodenverflüssigung Studer Engineering 2

3 Mikrozonierung Zweck: Typ: Grundlage für erdbebengerechte Raumplanung Gefahrenkarte und spezifische Bauvorschriften Teile: -lokale Erdbebenverstärkung Dimensionierung/Bauvorschriften -Nahzone einer Verwerfung Bauverbote -Bodenverflüssigung, exzessive Setzungen Fundation -Gebäudeinstabilitäten Bauverbote -Überschwemmungszonen Bauverbote (Seiches, Tsunamis, Dammbruch etc.) Studer Engineering 3

4 Mikrozonierung Erdbebenverstärkung Bodenverflüssigung Rutschungen Studer Engineering 4

5 Erdbebenverstärkung, geotechnische Parameter G = f (γ) In der Praxis: äquivalente Bodenkennziffern G max aus v s - Feldversuche (Cross-hole, SASW etc.) - Laborversuche (RC-Test) - Literatur G / G max - Literatur - zykl. Triaxialversuche etc. Studer Engineering 5

6 Bodenverflüssigung, geotechnische Parameter Materialeigenschaften + Korrelationen SPT Standard Penetration Test CPT Cone Penetration Test v s SCPT, SASW, Cross-hole Literatur (Geologie, USGS) Studer Engineering 6

7 Geländeinstabilitäten, geotechnische Parameter Geologie, USGS Festigkeitseigenschaften ϕ, c Studer Engineering 7

8 Cross-hole Versuche Studer Engineering 8

9 Cross-hole Versuche: Probleme 1. Lochabstand: So gross, dass v messbar (zeitliche Auflösung) So kurz, dass nur eine Schicht erfasst wird Typisch: geschichtete Böden 6-12 m homogene Böden bis 30m 2. Lochverrohrung: PVC 3. Quelle: Problem v s Quelle umpolarisierbar Signal enhancement Studer Engineering 9

10 Cross-hole Versuche: Probleme (2) 4. Genauigkeit: zeitlich vertikal und horizontal vermessen! G 2 v s = G = v s ρ ρ v s = x ± 10% G = x 2 ± 20%! 5. G nur G, keine Dämpfung! log γ Studer Engineering 10

11 Prinzip: Schwinger auf Oberfläche vr = LR f (f = 1 x00 Hz) Auswertung: G = ρ v 2 R = ρ f 2 L 2 R Ausführung: - Spezialfirmen - grosse Schwinger für grössere Tiefen Studer Engineering 11

12 Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) Versuch: Erfasster Bereich Rayleighwelle = f(frequenz) Phasengeschwindigkeit vr = f(frequenz) = f(g(t)) vr da λ R = f Spektralanalyse Zuordnung v R zu Frequenz G = f(t) Studer Engineering 12

13 Spectral Analysis of Surface Waves (SASW) Studer Engineering 13

14 Standard Penetration Test (SPT) Studer Engineering 14

15 Cone Penetration Test (CPT) Studer Engineering 15

16 Kennziffern für Bebenverstärkung G = 2 max vs ρ Linear äquivalente Bodenkennziffern G G max Form Verlauf: - aus Literatur - Laborversuche log γ Studer Engineering 16

17 Voraussetzungen für Bodenverflüssigung Korngrössenverteilung Lockere Lagerung Sättigung Studer Engineering 17

18 Bodenverflüssigung, Praxis Korrelationen mit Felddaten: SPT CPT v s - grösste Datenbasis - nur singulär - beschränkte Datenbasis - kontinuierlich - schwächste Korrelationen Studer Engineering 18

19 SPT Auswertung Beurteilung des Verflüssigungspotentials nach H.B. Seed und I.M. Idriss (1982) Studer Engineering 19

20 SPT Versuche, Widerstand wesentlich: Versuche korrekt durchgeführt (vor allem bezüglich Schlagenergie) Korrekturen der gemessenen Schlagzahlen: - Überlagerungsdruck - Feinanteil - Gerätetyp - Korrektur für Magnitude Studer Engineering 20

21 CPT Korrelationen mit Bodenverflüssigung Korrelationen unsicherer im vergleich zu SPT Vorteil: kontinuierliches Profil Korrekturen der Rohdaten notwendig: - Korrektur wegen Geometrie des Kegels - Überlagerungsdruck: qc 1N = CQ (qc / Pa ) mit CQ = (Pa / σ' vo ) [Pa = 100kPa; n = 0.5 1] - Dünne Schichten - Feinanteil - Korrektur für Magnitude Studer Engineering 21 n

22 Korrelationen Bodenverflüssigung über v s Korrelationen schwach v s und Bodenverflüssigung sind aus physikalischer Sicht unterschiedlich Studer Engineering 22

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