Einführung in die Boden- und Felsmechanik

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1 Jens Engel Carsten Lauer Einführung in die Boden- und Felsmechanik Grundlagen und Berechnungen Mit 212 Bildern und 85 Tabellen Fachbuchverlag Leipzig im Garl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung: Aufgaben und Ziele der Bodenmechanik 1.1 Entwurf eines Bauwerks - Rolle der Geotechnik im Bauingenieurwesen 1.2 Boden- und Felsmechanik als Teil der Bauingenieurtätigkeit. 1.3 Beispiel für ein Bauprojekt: Beschreibung Geologische Grundlagen 2.1 Nutzen geologischer Informationen für Bauprojekte 2.2 Allgemeine geologische Grundlagen Aufbau der Erde im Überblick Geologische Zeitrechnung 2.3 Hydrogeologische Grundlagen Kreislauf des Wassers, Bilanzgleichung Wasser im Untergrund Grundwasserleiter Quellen 2.4 Minerale Systematik der Minerale Mineralbestimmung auf Grundlage physikalischer Eigenschaften Gesteinsbildende Minerale. 2.5 Gesteine Kreislauf der Gesteine Gesteinsarten - Überblick Magmatische Gesteine Sedimentgesteine Metamorphite Gesteinsbestimmung

3 INHALTSVERZEICHNIS Struktur Textur Gesteinsbestimmung an Handstücken Baugrund (Gebirge) 3.1 Fels Gestein-Fels-Gebirge Benennung und Beschreibung von Fels Benennung und Beschreibung des Gesteins Verwitterungsgrad Trennflächengefüge Gebirgsklassifizierung mit dem Q-System (Quality-System) Berechnung von Gebirgskennwerten, Gebirgsklassifizierung GSI. 3.2 Böden (Lockergesteine) Unterscheidungskriterien Benennung und Beschreibung Erkundung und Untersuchung von Boden und Fels in situ 4.1 Vorbereitung, Planung., Grundlagen - AufgabensteIlung Planungshinweise, Informationsquellen Geologische Karten. 4.2 Baugrunderkundung Geotechnische Kategorien Umfang der Erkundung. 4.3 Erkundungsarten Direkte Aufschlüsse Probenahme Indirekte Verfahren: Sondierungen

4 8 INHALTSVERZEICHNIS 5 Untersuchung von Boden im Labor 5.1 Stoffbestand - Zusammensetzung Phasenzusammensetzung Beimengungen Korngrößenverteilung Stoffzustand: Grenzwerte des Stoffbestands Konsistenzgrenzen bindiger Böden Grenzen der Lagerungsdichte Klassifizierung - Bodengruppen nach DIN Gütekontrolle im Erdbau, Verdichtung Proctorkennwerte Verdichtungskontrolle. 5.3 Spannungen, Verformungen, Kräfte Spannungen und Kräfte Mohrscher Kreis Wirksame Spannung Eigengewicht des Bodens Strömungskräfte Verformungsmaße 5.4 Durchlässigkeit Grundlagen Experimentelle Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwerts 5.5 Scherfestigkeit Grundlagen Bruchbedingung Einflüsse auf 'P und c Kritisches Hauptspannungsverhältnis - aktive, passive Grenzzustände Experimentelle Ermittlung

5 INHALTSVERZEICHNIS Direktscherversuch Einaxiale Druckfestigkeit Triaxialversuch 5.6 Zusammendrückbarkeit Grundlagen Druck-Setzungs-Linie: Kennwertansätze Zeit-Zusammendrückungs-Verhalten Experimentelle Bestimmung - Ödometerversuch Plattendruckversuch 5.7 Klassifizierungskriterien Lösbarkeit Frostempfindlichkeit. 5.8 Mittlere Kennwerte, Korrelationen Näherungen für nichtbindige Böden Bindige Böden Verdichtungskennwerte Rechenverfahren zum Nachweis der Standsicherheit 6.1 Erddruck Einführung Arten des Erddrucks Erddruckneigung Grundlagen der Berechnungsverfahren Verfahren mit Gleitflächen Untersuchung des Spannungszustands Berechnung des aktiven Erddrucks Grafische Verfahren Analytische Berechnung - Erddruckbeiwerte

6 10 INHALTSVERZEICHNIS Passiver Erddruck Ebener Fall- kinematische Lösung Ebener Fall - statische Lösung Räumlicher passiver Erddruck Erdruhedruck Grundlagen Erddruckbeiwert KO--r h Vorbelastete Böden, Kohäsion Zwischenwerte, Sonderfälle des Erddrucks Mobilisierung des passiven Erddrucks Verdichtungserddruck Sonderfall- Silodruck (begrenzte Hinterfüllung) 6.2 Grundbruch Einführung Ein einfacher Lösungsansatz Allgemeiner Berechnungsansatz Anforderungen Tragfähigkeitsbeiwerte, Grundbruchfigur Nachweisführung Standsicherheit von Böschungen, Geländebruch Einführung Brucharten Nachweis der Standsicherheit Ebene Gleitfläche Ebene Gleitfläche, 'P' > 0, c' = Ebene Gleitflächen, 'P' > 0 und c' > Kreisförmige Gleitfläche Lamellenfreie Kreisgleitfläche, 'P = 0, Cu >

7 INHALTSVERZEICHNIS Lamellenfreie Kreisgleitfläche mit c' > 0 und <.p' > Lamellenverfahren, kreisförmiger Gleitkörper Beliebige Gleitflächen Lamellenverfahren, beliebige Gleitflächenformen Starrkörperverfahren Bemessungshilfen für einfache Fälle Berechnung von Setzungen des Baugrunds 7.1 Spannungsausbreitung im Baugrund Grundlagen Elementare Lösungen Berechnung der Spannungsverteilung 7.2 Berechnung von Setzungen Einführung Grundlagen der rechnerischen Ermittlung Ermittlung der Setzungen auf Grundlage einer Druck-Setzungs-Kurve Berechnung der Setzung und Schiefstellung starrer Fundamente. 7.3 Bestimmung des Beltungsmoduls Literatur 218 Index, 223