Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch. Anhang 4.2. Übung 4. Bodenmechaniklaboratorium KOMPRESSIONSVERSUCH. Bodenmechanik - Laborübungen

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1 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 4.2. Übung 4 KOMPRESSIONSVERSUCH Bodenmechaniklaboratorium Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : h = 1996 # h d = 1532 # h-h d = 464 # Anmerkung: 1# = 0.01 mm Belastung p Setzung h Spez. Setzung ( h/h).100 (h-h d )- h Porenziffer e = (h-h d )- h h d A=(1/ t).lg(h 1 /h 2 ) Wasserdurch- Lässigkeitsbeiwert k MPa # % # - min -1 cm/s Bemerkungen

2 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 4.3. Übung 4 KOMPRESSIONSVERSUCH Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Datum Stunde Abgel. Zeit t Belas-tung P 5.I I I I I I I h Setzung h/h Bodenmechaniklaboratorium Abgelesen Wasserdruck h lg(h 1 /h 2 ) A =(1/ t).lg(h 1 /h 2 ) Bemerkung MPa # # % cm - min I h h I 8 21 h h I 8 45 h h

3 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 4.4. Datum Stunde Abgel. Zeit t Übung 4 KOMPRESSIONSVERSUCH Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Lasp P h Setzung h/h lg(h 1 /h 2 ) A =(1/ t).lg(h 1 /h 2 ) MPa # # % cm - min I 8 69 h h I 8 93 h I 8 117h I II II II Abgelesen Wasserdruck h Bodenmechaniklaboratorium Bemerkung

4 13 Bodenmechanik - Laborübungen Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 4.5. Übung 4 KOMPRESSIONSVERSUCH Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Bodenmechaniklaboratorium DRUCK ZUSAMMENDRÜCKUNGS - KURVE 0 0,1 0,2 Belastung p, MPa 0,3 0,4 0,5 0, Spezifische Zusammendruckung h.100, % h p [MPa] 0,1 0,2 0, M [MPa] 11,4 14,7 19, M [MPa]

5 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 4.6. Übung 4 KOMPRESSIONSVERSUCH Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Bodenmechaniklaboratorium DRUCK PORENZAHL - KURVE 0,5 0,0 0,295 Porenzahl e 0,290 0,285 0,280 0,275 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,1 Mpa = 1 kg/cm 2 Belastung p, MPa p e p e a = - e/ p M=(1+e)/a MPa - MPa - MPa -1 MPa 0,1 0,2890 0,1-0,011 0,110 11,7 0,2 0,2790 0,2-0,018 0, ,3 0,2713 0,3-0,0 0,

6 I. Definitionen Übung 5 Scherfestigkeit - Bestimmung mit Scherbüchse (Direkter Scherversuch) Normen: БДС 10188; DIN ; DIN Totale Spannungen (bg: тотални напрежения en: total stresses): Die totale Normalspannung σ bzw. die totale Schubspannung τ ist die Normal- bzw. Schubspannung, die sich aus der Normal- bzw. Tangentialkomponente der gesamten auf eine gedachte ebene Schnittfläche mittig wirkenden Kraft, bezogen auf die gesamte Größe dieser Schnittfläche, ergibt. - Porenwasserdruck u (bg: порен натиск; en: pore pressure): der Druck des freien Porenwassers. - Effektive Spannungen σ' (bg: ефективни напрежения; en: effektive stresses): Die effektive (wirksame) Normalspannung σ' eines wassergesättigten Bodens ist die totale Normalspannung, vermindert um den Porenwasserdruck: σ ' = σ u. Die effektive Schubspannung ist gleich der totalen Schubspannung τ. Es wird angenommen, dass die effektiven Spannungen die allein vom Korngerüst getragenen Anteile der totalen Spannungen sind. - Scherfestigkeit τ (bg: якост на срязване; en: shear strength): der Widerstand, den ein Festkörper tangentialen Scherkräften entgegensetzt. Die Scherfestigkeit gibt die maximale Schubspannung an, mit der ein Körper vor dem Abscheren belastet werden kann, d.h. die auf die Bruchfläche bezogene Tangentialkraft. Der Boden kommt zu Versagenszuständen, wenn die Scherbeanspruchung die Scherfestigkeit erreicht. Die Scherfestigkeit beschreibt man mit zwei Scherfestigkeitsparametern: der Scherparameter φ beschreibt den von der Normalspannung σ abhängigen Anteil (Reibung) und der Scherparameter c einen von σ unabhängigen Anteil der Scherfestigkeit (Kohäsion). Nach der Gleichung von Coulomb: τ = c +σ.tgφ - Restscherfestigkeit τ R (auch Gleitfestigkeit), (bg: остатъчна якост на срязване; en: residual shear strength): τ R τ f minimale Scherwiderstand, der unter konstanter effektiver Spannung σ' nach sehr großen Scherverschiebungen in der Scherfuge erreicht wird. - -

7 - Scherversuch (bg: опит на срязване; en: shear test): Versuch zur Bestimmung der Scherfestigkeit bzw. des Grenzzustands eines Probekörpers durch kontrollierte Einwirkung von Spannungen und/ oder Verschiebungen. - Reibungswinkel φ (bg: ъгъл на вътрешно триене; en: angle of friction): der Neigungswinkel einer als Gerade in einem (τ,σ)- bzw. (τ,σ')- Diagramm dargestellten Grenzbedingung (gleiche Maßstäbe für die Abszisse σ bzw. σ ' und die Ordinate τ, Bild 16.). - Kohäsion c (bg: кохезия; en: cohesion): der Ordinatenabschnitt auf der τ- Achse der als Gerade in einem (τ,σ)- bzw. (τ,σ')- Diagramm dargestellten Grenzbedingung (Bild 16.). - Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb (bg: Гранични условия на Мор Колумб; en: boundary conditions): eine gerade Umhüllende der Mohrschen σ 1, σ 3 - bzw. σ 1 ', σ 3 '- Spannungskreise im Grenzzustand (Bild 16.). Diese Grenzbedingung lautet für die effektiven Spannungen: 1 3 σ' σ' 2c 'cos ϕ' = + sin ϕ' σ ' + σ' σ ' + σ' σ σ 2c cosϕ = + sinϕ σ + σ für die totalen Spannungen: 1 3 u u σ + σ Dränierter Versuch (D-Versuch) (bg: дренирано срязване; en: drained sheartest): ein Scherversuch, bei dem der Probekörper unbehindert Porenwasser aufnehmen bzw. abgeben kann. Dazu werden Belastungsänderungen bzw. Verformungen so langsam ausgeführt, dass der Porenwasserdruck im Inneren des Probekörpers praktisch konstant und gleich dem Sättigungsdruck bleibt. Der D- Versuch ergibt die effektiven Spannungen in einem Grenzzustand mit unbehinderter Volumenänderung. - Konsolidierter, undränierter Versuch (CU-Versuch) (bg: недренирано, консолидирано срязване; en: Consolidated undrained sheartest): ein Scherversuch, bei dem Abgabe und Aufnahme von Porenwasser beim Abscheren durch das Schließen des Porenwassersystems verhindert sind. Der entstehende Porenwasserdruck wird gemessen. Belastungsänderungen bzw.verformungen werden so langsam ausgeführt, dass sich der Poren wasserdruck im Probekörper gleichmäßig verteilen kann. Der CU-Versuch an einem wassergesättigten Probekörper ergibt die totalen und effektiven Spannungen in einem Grenzzustand mit verhinderter Volumenänderung u.

8 - Konsolidierter, dränierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen (CCV-Versuch) (bg: дренирано, консолидирано срязване; en: consolidated constant volume test): ein Scherversuch an konsolidierten (entsprechend dem CU- Versuch) und dränierten Probekörpern, bei dem Volumenänderungen durch laufende Regelung von mindestens einer totalen Hauptspannung bei konstantem Porenwasserdruck (Sättigungsdruck) verhindert werden. Der Versuch ergibt die effektiven Spannungen in einem Grenzzustand mit verhinderter Volumenänderung. - Unkonsolidierter, undränierter Versuch (UU-Versuch) (bg: недренирано, неконсолидирано срязване; en: unconsolidated undrained shear test): ein Scherversuch an undränierten bindigen Probekörpern, deren Wassergehalt gleich dem Wassergehalt im Baugrund sein soll. Die Probekörper werden bei geschlossenem Porenwassersystem auf verschiedene Anfangsdrücke belastet und dann bei ebenfalls geschlossenem Porenwassersystem abgeschert. Der Porenwasserdruck wird nicht gemessen. Der Versuch ergibt die totalen Spannungen in einem Grenzzustand mit konstantem Wassergehalt. Zur Ermittlung von Scherparametern ist eine Serie von Einzelversuchen erforderlich. Es gibt zwei Versuchsverfahren darüber: 1. Direkter Scherversuch ; 2. Triaxialversuch (Dreiaxialer Druckversuch). Der Versuch kann als dränierter (D) und als undränierter (UD) Scherversuch durchgeführt werden. Beim dränierten Scherversuch tritt kein Porenwasserüberdruck auf. Die eingetragene Spannung σ wird als effektive (wirksame) Spannung σ (nur vom Korngerüst) übertragen. Die Scherparameter aus dem Versuch werden als effektive (wirksame) Kohäsion c und effektiver (wirksamer) Reibungswinkel φ bezeichnet. Diese effektiven Scherparameter werden im offenen System an konsolidierten Proben im langsamen Scherversuch gewonnen. τ f = σ.tgφ +c Beim undränierten Scherversuch wird ein Teil der eingetragenen Spannungen σ vom Porenwasser aufgenommen und der Rest wird vom Korngerüst übertragen (als effektive Spannung). Diese Ergebnisse werden beim Schnellversuch im offenen System oder beim Versuch im geschlossenen System gewonnen. Die Scherparameter, ermittelt im undränierten Scherversuch, werden als scheinbare Kohäsion c u und scheinbare Reibungswinkel φ u bezeichnet: τ fu = σ.tgφ u +c u

9 Der Einfluss der Versuchsmethoden hängt von der Bindigkeit, der Wasserdurchlässigkeit und des Sättigungsgrads des Bodens ab. Bei nichtbindigem Boden ist der Einfluss sehr klein. II. Versuchsdurchführung Direkter Scherversuch Beim diesen Versuch wird die, auf die erzwungene Scherfläche, wirkende Normalspannung σ und Scherspannung τ direkt einwirken und unmittelbar gemessen. Es gibt zwei Möglichkeiten die Bruchfläche zu erzeugen: - durch Verschiebung - Translationsscherversuch (Bild.14-a); - durch Torsion Torsionsscherversuch (Bild.14-b). a) Translationsscherversuch Bild 14. Rahmenschergerät b)torsionsscherversuch [4] Translationsscherversuch - typischer und häufigster Direktscherversuch. Beim direkten Scherversuch wird in einem quadratischen (Translationsscherversuch) Probekörper in der Scherbüchse (Bild.15) belastet und abgeschert. Die Scherbüchse besteht aus einem oberem und einem unterem Teil (Rahmen), von denen einer beweglich und der andere unbeweglich ist. Die Scherlast wird durch weggesteuertes Ziehen des verschieblichen Teils aufgebracht. Durch diesen kinematischen Zwang wird eine Scherfläche erzeugt. Erst wird eine

10 Normalspannung senkrecht zur Scherfläche aufgebracht (die Querdehnung der Probe ist verhindert). Dann wird die Schubspannung τ aufgebracht. Bild 15. Schergerät und Scherbüchse Der Versuch wird in zwei Teilen durchgeführt: - Konsolidation; - Abschervorgang. Zuerst wird die untersuchende Probe konsolidiert und anschließend abgeschert. Die Höhe der Normalspannung (Konsolidationsspannung) ist abhängig von der Bodenart, der Vorbelastung und der Bauaufgabe. Der Abschervorgang des Translationsscherversuchs ist in zwei verschieden Varianten durchgeführt - konstante Verschiebungsgeschwindigkeit (durch kontrollierte Verschiebungen) und steigende Scherspannung (durch kontrollierte Einwirkung der Schubspannung). Sie unterscheiden sich hinsichtlich der Erzeugung der Scherspannung τ. Der Scherversuch wird in der Regel für drei unterschiedliche Normalspannungen durchgeführt

11 1. Translationsscherversuch mit konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit Bei dem Translationsscherversuch mit konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit wird der beweglich Teil der Scherbüchse mit konstanter Geschwidigkeit gegen den feststehenden Teil bewegt. Dadurch entsteht in der durch die Gerätekonstruktion vorgegebenen Scherfläche die Scherspannung τ=s/a. Die Verschiebung nimmt zu und führt schließlich beim Überschreiten der Scherfestigkeit zum Bruch. Die Scherspannung für diese konstante Bewegungsgeschwindigkeit wird gemessen. Als Ergebnis fällt nach dem Bruch die Scherspannung auf einen geringeren Wert ab. Dieser Wert dient zur Bestimmung der Restscherfestigkeit (Gleitfestigkeit) τ R (Bild 16.). 1. Die untersuchende Bodenprobe wird in die quadratische Scherbüchse mit Fläche A eingebaut. Die Bodenschichtung wird so wie sie im Naturzustand ist, eingehalten. 2. Zunächst wird durch eine konstante Vertikalspannung σ = F/A (bespielsweise σ = σ 1 = 0,1 MPa) belastet (wie im Kompressionsgerät mit verhinderter Seitenausdehnung konsolidiert). 3. Der Boden ist konsolidiert, wenn der Unterschied zwischen zwei Ablesungen (nicht weniger als 8 Stunden Zeitabstand) 1# = 0,01 mm ist. 4. Der bewegliche Teil der Scherbüchse wird mit konstanter Geschwindigkeit (bespielsweise l = 1,1 mm/min) bewegt. Die erforderliche Horizontalkraft S wird in bestimmten Zeitabständen (beispielsweise t = sec) abgelesen. Die Verschiebung l und die zugehörige Scherspannung τ = H/A können berechnet werden. 5. Auftragen l und τ im Scherspannung-Horizontalverschiebung-Diagramm und zeichnen der Kurve Nr.1 (Bild 16.). 6. Feststellen der Scherfestigkeit beim Bruch τ f(1) und beim Gleiten τ R(1) (die Restscherfestigkeit). 7. Übertragen der Wertpaare (σ; τ f(1) ) und (σ; τ R(1) ) in das Normalspannung- Scherspannung-Diagramm (Bild 16.). 8. Wiederholen (minimum zwei mal) die Punkte 1 bis 7 mit neuen Probekörpern und neuer Normalspannung (beispielsweise σ 2 = 0,2 MPa und σ 3 = 0,3MPa)

12 Auswertung: Zur Bestimmung der Scherparameter werden die gemessenen maximalen Schubspannungen aus den Einzelversuchen in Abhängigkeit von der Normalspannung aufgezeichnet. Durch die Versuchspunkte im σ-τ-diagramm (Normal-Scherspannungs-Diagramm) wird eine Bruchgerade (Schergerade) gelegt. Der Ordinatenabschnitt der Bruchgerade ist die effektive Kohäsion c. Die Neigung der Geraden zeigt den effektiven Reibungswinkel φ. Zuerst legen der besten Gerade durch die Punkte (σ 1 ;τ f(1) ) (σ 2 ;τ f(2) ) und (σ 3 ;τ f(3) ) in dem Normalspannung-Scherspannung-Diagramm als Schergerade der Bruchfestigkeit τ f = σ.tgφ+c und bestimmen der Scherparameter φ und c (Bild 16.). Dann legen der besten Gerade durch die Punkte (σ 1 ;τ R(1) ) (σ 2 ;τ R(2) ) und (σ 3 ;τ R(3) ) in dem Normalspannung-Scherspannung-Diagramm als Schergerade der Gleitfestigkeit τ R = σ R.tgφ+c R und bestimmen der Restscherparameter φ R und c R (Bild 16.). Bild 16. Bestimmung der Scherparameter. 2. Translationsscherversuch mit steigender Scherspannung Bei dem Translationsscherversuch mit steigender Scherspannung wird die auf den beweglichen Teil der Scherbüchse wirkende horizontale Scherkraft S und damit die Scherspannung τ stufenweise gesteigert. Die entsprechende Verschiebung l wird gemessen. Nach dem Bruch wächst die Verschiebung schnell an. Die Belastungsstufe ist τ = σ/50. Die Zeit zwischen den verschiedenen Belastungsstufen ist für: - bindige Böden t = 3 min; - nichtbindige Böden t = 10 sec

13 Die Schergeräte mit steigender Scherspannung sind einfacher, aber damit bestimmt man nur die Bruchscherfestigkeit (Bild 16.). 1. Die Untersuchende Bodenprobe wird in die quadratische Scherbüchse mit Fläche A eingebaut. Die Bodenschichtung wird, so wie sie im Naturzustand ist, eingehalten. 2. Zunächst wird durch eine konstante Vertikalspannung σ = F/A (beispielsweise σ = σ 1 = 0,1 MPa) belastet (wie im Kompressionsgerät mit verhinderter Seitendehnung konsolidieren). 3. Der Boden ist konsolidiert, wenn der Unterschied zwischen zwei Ablesungen (nicht weniger als 8 Stunden Zeitabstand) 1# =0,01 mm ist. 4. Der bewegliche Teil der Scherbüchse wird stufenweise mit einer Horizontalkraft S belastet. Die Belastungsstufe ist τ = σ /50. Die Zeit zwischen den verschiedenen Belastungstuffe ist für: - bindige Böden t = 3 min; - nichtbindige Böden t = 10 sec. 5. Die Verschiebung l wird von der Messuhr in bestimmten Zeitabständen (Punk 4) abgelesen. 6. Auftragen von l und τ im Scherspannung-Horizontalverschiebung- Diagramm und zeichnen der Kurve Nr.1 (Bild.14-a). Feststellen der Scherfestigkeit beim Bruch τ f(1). 7. Übertragen der Wertepaare (σ; τ f(1) ) in das Normalspannung- Scherspannung-Diagramm (Bild 16.). 8. Wiederholen (minimum zwei mal) die Punkte 1 bis 7 mit neuen Probekörpern und neuer Normalspannung (beispielsweise σ 2 = 0,2 MPa und σ 3 = 0,3 MPa). Auswertung: Legen der besten Gerade durch die Punkte (σ 1 ;τ f(1) ) (σ 2 ;τ f(2) ) und (σ 3 ;τ f(3) ) in dem Normalspannung-Scherspannung-Diagramm als Schergerade der Bruchfestigkeit τ f = σ.tgφ+c und bestimmen der Scherparameter φ und c (Bild 16.)

14 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 5.1. Übung 5 SCHERFESTIGKEIT Bodenmechaniklaboratorium Translationsscherversuch mit steigender Scherspannung Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Art der Probe:: ungestört / gestört Scherbüchse: 70.7 / 70.7mm Scherspannung-Horizontalverschiebung-Diagramm τ Abgel. s kpa # mm Bemerkung σ = 0.1 MPa τ Abgel. s kpa # mm Bemerkung Normalspannung-Scherspannung-Diagramm Normalspannung σ MPa Scherfestigkeit τ MPa Bemerkung Reibungswinkel: φ = 25 tgφ = Kohäsion: c = MPa Scherfestigkeit: τ = σtgφ+ c τ = 0.466*σ

15 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 5.2. Übung 5 SCHERFESTIGKEIT Bodenmechanik-laboratorium Translationsscherversuch mit konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Art der Probe:: ungestört / gestört Scherbüchse: 60 / 60 mm Verschiebungsgeschwindigkeit: 0,9 mm/min Scherspannung-Horizontalverschiebung-Diagramm Zeit Abgel. τ l s min # kpa mm mm Bemer- Zeit Abgel. τ l s kung min # kpa mm mm σ = 0.1 MPa Bemerkung Normalspannung-Scherspannung-Diagramm Normalspannung σ MPa Scherfestigkeit τ MPa Bemerkung Reibungswinkel: φ = 21 tgφ = Kohäsion: c = MPa Scherfestigkeit: τ = σtgφ+ c τ = 0.384*σ

16 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 5.3. Übung 5 SCHERFESTIGKEIT Translationsscherversuch Scherspannung-Horizontalverschiebung-Diagramm Bodenmechaniklaboratorium Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : konstanter Verschiebungsgeschwindigkeit Scherspannung τ in kpa steigender Scherspannung Scherweg s in mm 10 Anmerkung 1# = 0,01 mm

17 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 5.4. Übung 5 SCHERFESTIGKEIT Translationsscherversuch Normalspannung-Scherspannung-Diagramm Bodenmechaniklaboratorium Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. :

18 I. Definitionen Übung 6 Scherfestigkeit - Triaxialer Druckversuch Normen: DIN ; DIN Triaxialversuch (bg: триосово срязване; en: triaxial test): Der Triaxialversuch ist ein zylinder- oder axialsymmetrischer Druckversuch an homogenen kreiszylindrischen Probekörpern. Die radialen Hauptspannungen σ 2 und σ 3 sind gleich. Im Regelfall ist die axiale Hauptspannung σ 1 die betragsmäßig größte Hauptspannung. Die radialen Hauptspannungen werden durch Flüssigkeitsdruck, die axialen Hauptspannung durch einen verschieblichen Stempel aufgebracht. II. Versuchsdurchführung Triaxialversuch (Dreiaxialer Druckversuch) ist ein Versuch, bei dem ein dreiaxialer Spannungszustand modelliert wird. Das Ziel ist das Bodenverhalten unter Belastung maximal nah der Wirklichkeit zu beschreiben. Die vertikale Spannung σ v simuliert die äußere Belastung und die horizontale Spannung σ h erfasst den Bodenwiderstand. a) Schema b) DIN18137 c) Fotos Bild 17. Triaxialgerät

19 Der Versuch wird mindestens dreimal durchgeführt. 1. Die untersuchende Bodenprobe (zylindrischer Prüfkörper mit einemverhältnis h/d = 2,0-2,5) wird mit einer Gummihülle bedeckt und eingebaut. Das Porenwasser kann mit Filtersteinen an einem oder beiden Enden abgegeben oder aufgenommen werden. Die Geräte sind so konstruiert, dass es möglich ist, die horizontale Spannung konstant zu halten und über den Belastungskolben den Prüfkörper mit konstanter Geschwindigkeit zu stauchen. 2. Zuerst wird die Probe mit einem allseitigen Druck (hydrostatischen Druck) belastet (σ 3 = 0,1 MPa). Dieser Spannungszustand wird durch σ 3 im Bild 18. gezeigt. Diese Hauptspannung σ 3 bleibt im weiteren Verlauf konstant. 3. Weiter wird die Hauptspannung σ 1 (vertikale Belastung) durch einen Belastungstempel stufenweise oder mit konstanter Geschwindigkeit erhöht. 4. Infolge der Belastungssteigerung verändern sich die Spannungszustände in der Probe (Bild 19-a.). 5. Bei einer bestimmten vertikalen Belastung (Bruchbelastung) wächst die Probebeanspruchung nicht mehr an. Diese Belastung ist die maximale vertikale Hauptspannung σ 1(max) (alle horizontal oder vertikal durch die Probe gelegten Schnitte sind schubspannungsfrei) Für jede Schnittebene, geneigt unter dem Winkel α gegen die Horizontale, herrscht ein Spannungszustand, der durch die Normalspannung σ α und Scherspannung τ α beschrieben wird (Bild 17-a). Zwischen diesen Spannungen und den Hauptspannungen besteht folgender Zusammenhang: 1 1 σ α = ( σ 1 + σ 3 ) + ( σ 1 σ 3) cos 2α und τ α ( σ σ )sin 2α 2 2 = σ 1 τ σ α τ α σ 3 σ 3 α σ 1 τ α = 1 2(σ σ )sin2α 1 3 σ = (σ + σ )+ 1 2 (σ σ )cos2α α 1 σ α 2α σ 1 α = 45+ϕ/2 σ Bild 18. Spannungen (a) und Mohrscher Spannungskreis(b) an einen Schnitt

20 6. Wie unter 1) bis 5) beschrieben, wird der Versuch mit anderen horizontalen Hauptspannungen σ 3 (σ 3 = 0,2 MPa und σ 3 = 0,3 MPa) an anderen Probekörpern wiederholt. 7. Als Ergebnis werden drei Mohrsche Spannungskreise im Moment des Bruches gezogen (Bild 19-b). Die gesuchte Bruchgerade ergibt sich als gemeinsame Tangente an diese drei Spannungskreise. Der Ordinatenabschnitt dieser Gerade ist die Kohäsion c und die Neigung der Reibungswinkel φ. τ beim Bruchzustand Columbsche Bruchgerade ϕ σ 3 σ 1,1 σ 1,2 σ 1,i σ 1,max σ ν ν ν σ 3(1) σ 3(2) σ 3(3) σ 1(1) σ 1(2) a) bei Belastungssteigerung eines Triaxialversuchs b) vonm Bruchzustand Bild 19. Spannungskreis σ 1(3) σ Ergänzung Der versuch kann als dränierter (D) und als undränierter (UD) Triaxialversuch durchgeführt werden. Im Triaxialgerät kann auch der Porenwasserdruck gemessen werden. Dadurch ist es möglich auch aus undränierten Triaxialversuchen die effektive Scherparameter zu ermitteln: τ f = (σ-u).tgφ +c. ν ν ν vor dem Versuch Bruch in einer Bruchfuge Bruch in mehreren Bruchfugen plastifizierter Bruch Bild. Bruchmechanismus beim Zylinderdruckversuch

21 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 6.1 Übung 6 SCHERFESTIGKEIT Triaxialversuch Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Art der Probe:: ungestört / gestört Probehöhe: 76 mm Verschiebungsgeschwindigkeit: 1,0 mm/min Belastung-Vertikalverschiebung-Diagramm Zeit Abgel. h Abgel. σ 1 min # kpa Bemerkung σ3 = 0.1 MPa σ3 = 0.2 MPa Zeit Abgel. h. Abgel. σ 1 min # kpa Bemerkung σ3 = 0.3 MPa Normalspannung-Scherspannung-Diagramm Vertikale Hauptspannung σ 1 Horizontale Hauptspannung σ 3 σ 1 - σ 3 ε = h/h 0 MPa MPa MPa % Bodenmechaniklaboratorium Bemerkung Reibungswinkel: φ = 16 tgφ = Kohäsion: Scherfestigkeit: c = 0.02 MPa τ = σtgφ+ c τ = 0.287*σ

22 Universität für Architektur, Bauwesen und Geodäsie Sofia Lehrstuhl für Geotechnik Bodenmechanik Übungsaufgabe / Laborversuch Anhang 6.2. Übung 6 SCHERFESTIGKEIT Triaxialversuch Objekt: Laborant: Labor Nr.: Apparat Nr. : Bodenmechaniklaboratorium

23 ANHANG I: Standards / Normen БДС DIN ÖNORM BS ASTM Übung 1: Bestimmung der Dichte des Bodens (3) D 854 Wassergehalt & D 2216 Übung 2: 4411& Konsistenzgrenzen D 4318 Übung 3: Proctorversuch & D 698 Übung 4: Eindimensionaler Kompressionsversuch (7) D 2166 Übung 5: Bestimmung der Scherfestigkeit Direkter Scherversuch D 80 Übung 6: Bestimmung der Scherfestigkeit. - Triaxialversuch (9) D 2850 ANHANG II: Bodenkennwerte [14] Bodenart Kies, gleichkörnig Kies, sandig mit wenig Feinkorn Kies, sandig, mit Schluff- oder Ton Beimengungen Kies-Sand-Feinkorngemisch Sand,gleichkörnig Feinsand Sand,gleichkörnig Grobsand Sand,gut abgestuft und Sand, kiesig Sand mit Feinkorn das Korngerüst nicht sprengt Sand mit Feinkorn das Korngerüst sprengt Schluff, geringplastisch Schluff, mittel und hochplastisch Ton, geringplastisch Ton, mittelplastisch Ton, hochplastisch Schluff oder Ton, organisch Korngrößen- Verteilung <0,06 <2,0 mm mm % % Plastizitätsgrenzen D < 0,04 mm w L % w p % I p % <5 < <5 < <60 < < < <5 < <60 40 <60 >50 <60 >80 <60 >80 <60 >90 < <60 >80 < Torf - < γ kn/m 3 Wichte w Scherparameter 16,0 19,0 21,0 23,0 21,0 24,0,0 22,5 16,0 19,0 16,0 19,0 18,0 21,0 19,0 22,5 18,0 21,5 17,5 21,0 17,0,0 19,0 22,0 18,0 21,0 16,5,0 15,5 19,0 10,4 13,0 γ kn/m 3 9,5 10,5 11,5 13,5 11,5 14,5 10,5 13,0 9,5 10,5 9,5 10,5 10,0 12,0 10,5 13,0 9,0 11,0 9,5 11,0 8,5 10,5 9,5 12,0 8,5 11,0 7,0 10,0 5,5 9,0 0,4 3,0 % φ c φ r Proctorwerte ρ Pr t/m 3 1,7 1,9 1,7 1,9 2,1 2,4 1,9 2,2 1,6 1,8 1,6 1,8 1,9 2,2 2,0 2,2 1,7 2,0 1,6 1,8 1,5 1,8 1,6 1,9 1,5 1,8 1,4 1,7 1,4 1,7 w Pr %

24 ANHANG III: Reibungswinkel φ nichtbindiger Böden [4] Boden Reibungswinkel φ für Dichteindex I D I D < ,33 < I D < 0,5 0,5 < I D < 0,67 I D < 0,67 Feinsand Mittel- und Grobsand Kies ANHANG IV: Reibungswinkel φ für typische Böden [4] Boden Reibungswinkel φ in Kohäsion c in kpa Nichtbindig (Sand, Kies) Schwachbindig (Scluff) Stark- bis hochbindig (Tone) Organisch (Faulschlamm, Torf) Literatur 1. БДС 646; БДС 644; БДС 647; БДС 648; БДС 676; БДС 2761; БДС 3214; БДС 8992; БДС Кръстилов И. и др., Ръководство по земна механика и фундиране, Стефанов Г. и др., Ръководство за лабораторни упражнения по земна механика, Bobe/Hubacek Bodenmechanik, Brandl H., Skelletskriptum, TUW, Brandl H., Studienblätter, TUW, DIN 18124; DIN 18125; DIN 18121; DIN 18122; DIN 18127; DIN 18135; DIN Grabe J., Hilfsblätter zum Bodenmechanischen Praktikum, TUHH, Grabe J., Spundwandhandbuch, Kézdi A., Handbook soil mechanics, Terzaghi, Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer Grundlage, Veruijt A., Soil mechanics, Delf University of Technology, Vogt N., Grundbau und Bodenmechanik, TUM von Soos P., Eigenschaften von Boden und Fels; ihre Ermittlung im Labor,