Prüfung im Modul Geotechnik IV. im WS 2015/16. am

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1 Fachbereich au- und Uweltingenieurwissenschaften Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Franziska-raun-Straße Darstadt Tel Fax katzenbach@geotechnik.tu-darstadt.de Prüfung i Modul Geotechnik IV i WS 015/16 a Alle in der Aufgabenstellung angegebenen Werte sind charakteristische Größen. Nae, Vornae: Matrikelnuer:

2 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: Aufgabe 1 (ax. 19 Punkte) Es wurden Ödeeterversuche an zwei unterschiedlichen odenproben A und (beide Ton) durchgeführt. Die Versuche wurden beidseitig drainiert durchgeführt. odenprobe A: ei der erstaligen Lasterhöhung von 110 /² auf 170 /² ändert sich die Höhe der Probe von,57 auf,41 nach Ende der Konsolidierung. Die Höhe der Probe beträgt,49 nach t = 15,0 s. odenprobe : ei der erstaligen Lasterhöhung von 110 /² auf 170 /² ändert sich die Höhe der Probe von 19,91 auf 19,75 nach Ende der Konsolidierung. a) Wie hoch ist der Durchlässigkeitsbeiwert des odens A? b) Zu Erreichen des gleichen Konsolidierungsgrads ist bei der Probe A drei Mal ehr Zeit erforderlich als bei der Probe. Wie hoch ist der Durchlässigkeitsbeiwert des odens? Die odenprobe A stat aus der Tonschicht des in der Anlage dargestellten Geländes. Auf dieses Gelände wird eine Auflast von 60,0 /² schnell aufgebracht. c) Nach wie vielen Tagen nach Aufbringen der Last ist ein Konsolidierungsgrad von 80 % in der Tonschicht erreicht? d) Eritteln Sie die Setzung an der Geländeoberfläche zu diese Zeitpunkt sowie die Endsetzung. e) Eritteln Sie die wirksaen Vertikalspannungen in Abhängigkeit von der Tiefe zu diese Zeitpunkt sowie vor Aufbringen der Last und nach Abschluss der Konsolidierung und stellen Sie diese grafisch dar. Geben Sie Ihre Werte für die Tiefe z = 3,0 / 6,0 / 9,0 / 1,0 / 15,0 an.

3 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: p = 60,0 /² GOF ± 0,0 GW -3,0 ( ) -1,5 ( ) Sa -6,0 Cl -1,0 Sa odenkennwerte Sand (Sa): = 18,5 /³ r = 19,5 /³ ' = 30,0 c ' = 0 /² E S, Erst= 45,0 MN/² E S, Wieder = 115,0 MN/² E = E S, Ent S, Wieder Ton (Cl) (odenprobe A): = 0,0 /³ r = 1,0 /³ ' = 0,0 c ' = 5,0 /² Anlage zu Aufgabe 1

4 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: Aufgabe (ax. 13 Punkte) Das in der Anlage dargestellte Fundaent wird durch eine Last P beansprucht. a) Eritteln Sie die Sohldruckverteilung it Hilfe des Spannungstrapezverfahrens und stellen Sie diese graphisch dar. b) Eritteln Sie den ettungsodul k s. c) Ist der ettungsodul eine odenkenngröße? egründen Sie Ihre Antwort. d) Eritteln Sie die Sohldrücke in den Punkten A, und C it Hilfe des ettungsodulverfahrens unter der Annahe eines unendlich langen elastisch gebetteten alkens.

5 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: Grundriss I A C P I,0 5,0 5,0 5,0 15,0 Schnitt I-I P = 000 GOF ± 0,0 A C 1,0 Sa -1,0 Z Kennwerte Sand (Sa): = 18,0 /³ r = 19,5 /³ ' = 30,0 c ' = 0 /² E S= 75,0 MN/² Fels: E >> E S, Fels S, Sa Fundaent: = 5,0 /³ E = MN/² Anlage zu Aufgabe

6 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: Aufgabe 3 (ax. 13 Punkte) An de in der Anlage dargestellten ohrpfahl wird eine Pfahlprobebelastung durchgeführt. Die Ergebnisse der Pfahlprobebelastung sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt. Laststufe Kraft a Pfahlkopf [] Pfahlkopfsetzung [c] 0 0,15 0,35 0,50 0,7 1,00 Kraft i Punkt A [] Kraft i Punkt [] Kraft i Punkt C [] Laststufe Kraft a Pfahlkopf [] Pfahlkopfsetzung [c] 1,50,70 4,60 6,00 7,00 Kraft i Punkt A [] Kraft i Punkt [] Kraft i Punkt C [] a) Eritteln Sie die Grenzwerte der Pfahlantelreibung und des Pfahlspitzenwiderstandes i Grenzzustand GEO-. b) Mit den Ergebnissen der Pfahlprobebelastung soll die erforderliche Länge für einen Einzelpfahl it Durchesser D = 0,9 erittelt werden, der eine charakteristische ständige Last von 3500 für die eessungssituation S-P in den oden abtragen kann. c) Erläutern Sie - ggf. anhand von Skizzen - den Herstellvorgang des in der Anlage dargestellten Probepfahles.

7 Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Institut und Versuchsanstalt für Geotechnik Technische Universität Darstadt Prüfung i Modul Geotechnik IV Nae, Vornae: Matrikelnr.: GOF ± 0,0 -,0 ( ) grsa GW - 3,0 ( ) - 3,5 + A Cl - 10,0 + Sa - 13,0 0,7 C - 17,0 odenkennwerte Sand, kiesig (grsa): = 19,0 /³ r = 0,0 /³ ' = 3,5 c ' = 0 /² Ton (Cl): = 0,0 /³ r = 1,0 /³ ' = 0,0 c ' = 0,0 /² Sand (Sa): = 19,0 /³ r = 0,0 /³ ' = 30,0 c ' = 0 /² Anlage zu Aufgabe 3

8 Aufgabe 1 a) Durchlässigkeitsbeiwert der odenprobe A : c vt k Zeitfaktor: T it c v Es d k t T Es d s w T w d k E. t w eidseitige Entwässerung,57 d 11,9 Erittlung des Steifeoduls E s : ' ,0 Nach Konsolidierung : h,57,41 0,16 ( Anfangshöhe : h0,57 ) h 0,16 0,00709 h,57 0 ' 60,0 E Modul : Es ,00709 Erittlung des Zeitfaktors T für t=15,0s: Nach t 15,0s beträgt h,49 ht ( 15,0 s),57, 49 0,08 0,08 U 0, 5 50% 0,16 0 Konsolidierungsgrad U [%] K % C 3 C C , 0,4 0,6 0,8 1,0 Zeitfaktor T 1, 1,4 T 0, 0 (Kurve C 1, da beidseitig dräniert) Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe 1 earb.: Re a / 5

9 Durchlässigkeitsbeiwert : 0, 010 (11,910 ) k ,0 3 k 9,01 10 s b) Durchlässigkeitsbeiwert odenprobe : k T d E t w s, k E, t k E, t T=T A =T T w d d d S A SA A E S, A A k k A d A E S, t t 3 Mal ehr Zeit erforderlich für die odenprobe A t 3 t Steifeodul: ' h 19,91 0 h 19, 9119, 75 0,16 h 0,00804 h 0 ' 60,0 Es ,00804 A A h0 19,91 d 9, , k k 11, k 5, s A c) 0 Konsolidierungsgrad U [%] K C 3 C 1 C 0, , 0,4 0,6 0,8 1,0 Zeitfaktor T 1, 1,4 eidseitig entwässert, U=80% T 0,55 Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe 1 earb.: Re a / 5

10 6,0 d 3, 0 Aus Teil A : c v v ka EA, , s w 9 6 Td 0,553,0 t 91005s 34 Tage 6 c 1,70110 d) Setzung unter der Geländeoberfläche nach 34 Tagen: Setzung i Ton : U=80% s, 34 s, 80% Cl t d Cl ' 60,0 Mit scl, 6,0 6,00,045 4, 5c E 8463 scl, t 34d 3, 40c Setzung i Sand: estiung der Grenztiefe: Die Einflusstiefe ist durch den Punkt definiert, bei de die lotrechten, setzungserzeugenden Spannungen (p) i kennzeichnenden Punkt 0% des ursprünglichen Überlagerungsdruckes aus odeneigengewicht (σʹinsitu ) unterschreiten. 60 edingung: p 0% ' insitu z Grenz ' insitu zgrenz 300 0, 0 3, 0 1,5 Wirksae Wichte der Tonschicht: 11,0.10 8, ' z() t 0 insitu 0 0-3,0 3,0 18,5 55,5-6,0 55,53,09,584,0-9,0 84,0 3,0 8,5 109,5-1,0 109,53,08,5 135,0-15,0 135,0 3,0 9,5 163,5 Mit z ab z 1,0 : ' insitu 1,0z135,0 z 9,5 300,0 135,0 ' insitu 1,0z300 z 17, 4 9,5 Grenztiefe z 1,0 17,4 9, 4 Grenz Mit z Grenz = 9,4: 60,0 ssa, t 34 d ssa, 6, 0 9, 4 1, 0. 0, 031 3,1c Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe 1 earb.: Re a / 5

11 Gesatsetzung zu Zeitpunkt t = 34d: s s 3, 4c3,1c6,5 c Cl, t34 d Sa, t34d Endsetzung: s s 4,3c 3,1c 7, 4c Cl, Sa, e) Wirksae Spannungen i Sand: t d t ' 34 ' (sofortige Konsolidierung) Wirksae Spannungen in der Mitte der Tonschicht für t=34tage: Für T=0,55 (aus Teil c): Fall 1: u u o 0,35 0,5 1 z d Nullisochrone T= 0 u = Porenwasserüberdruck zur Zeit t u o = Porenwasserüberdruck a oberen Rand zu Zeitpunkt t = 0 u u = Porenwasserüberdruck a unteren Rand zu Zeitpunkt t = 0 1 d durchlässiger Rand Nullisochrone T = 1,0 T = 0,5 T = 0,5 T = 0,1 T = 0,05 T = 0,05 durchlässiger Rand u T 0,55 0,35 u 0 u 0, , 0 ' 60,01,0 39,0 t d z t z ' 34, 9, 0 ' 0, 9, 0 ' ' t 34 d, z 9,0109, ,5 Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe 1 earb.: Re a / 5

12 Wirksae Spannungen σ : z() ' t 0d ' t 34d ' t 0,0 60,0 60,0-3,0 115,5 115,5-6,0 144,0 144,0 siehe Teil d -9,0 148,5 169,5-1,0 195,0 195,0-15,0 3,5 3, [/ ] 3, ,5 115,5 6, ,0 109,5 169,5-1,0= 148,5 169,5 1,0 135,0 195,0 195,0 15,0 163,5 t <0d t=34d 3,5 t = 3,5 z[] Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe 1 earb.: Re a / 5

13 Aufgabe : a) Spannungstrapezverfahren: x-achse und y-achse sind Hauptachsen 0 y x x M x V M M A I I y V M y 0 x A I M 000, y 3 15,0,0 y x y 4 Iy 56,5 1 V G P it G 15,0,01,0 5, V A15,0,030, x 91, 7 8,89 x 30, 0 56,5 Für x7,5 : ( x7,5 ) 91,7 66,7 158,4 Für x0,0 : ( x 0,0 ) 91,7 Für x7,5 : ( x 7,5 ) 91,7 66,7 5,0 I xy -7,5 0 +7,5 x() 5,0 158,4 / Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe earb.: Re a / 3

14 b) ettungsodul: 0 k s s Sohlnoralspannung: 0 91,7 Grenztiefe zur Setzungserittlung: a 15,0 7,5 b,0 p 0 z ( ) z ' in situ 0, 0 ' insitu 0, 0 ' i insitu b p 0, , , 0,47 z Grenz Aus i-tafel (kennzeichnender Punkt),8 b z 5,6 Grenz a Setzung (it f-tafel; 7,5 b ): z 5,6 z,8 f 1,07 b 91,7,0 s 1,07 0,006, ,7 ks 35,0 3 3,610 c) Der ettungsodul ist keine odengröße 0 Es a ks it f f( ; b) s b f b bauteilabhängig! Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe earb.: Re a / 3

15 d) ettungsodulverfahren: 0, P P e L b (cossin ) Elastische Länge: L 4 it 3 x it L E I k b 4 b 3 b h,0 1,0 I 0, s , L 4,11 35,0 10,0 P ,7 L b 4,11,0 4 10,0, 43 0, P 11, 7 0, ,1 4,11 Punkt A: 5,0 1, 1 0, P 11, 7 0,384 46, 7 4,11 Punkt : Punkt C: 0,0 0, P 11,7 Last aus de Eigengewicht des Fundaents: 5,0 Insgesat: A 1,1 5,0 3,88 46,7 5,0 71,7 c 11,7 5,0 146,7 Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe earb.: Re a / 3

16 Aufgabe 3 : a) Grenzwerte der Mantelreibung und des Spitzenwiderstandes: Last-Setzungslinie: F Pfahlwiderstand [MN] 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5 4 4, Last-Setzungslinie Setzung [c] erücksichtigung des Streuungsfaktors = 1,35 F k = R 1,k = / 1,35 = F A,k =.500 / 1,35 = 1.85 F,k =.000 / 1,35 = F C,k = 900 / 1,35 = 667 q s,k,grsa = R F A 1, k A, k, S, g = ,7 3,5 = 154 /² q s,k,cl = F F A, T A, k, k = ,7 6,5 = 5,9 /² q s,k,sa = F F A, S, k C, k = ,7 3 = 13 /² q b,k = F C, k 667 0,35 A = b = /² Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe earb.: Gu a /

17 b) Erforderlichen Abessungen für einen Einzelpfahl, der eine charakteristische Last von für die eessungssituation S-P in den oden abtragen kann. E d R d E d = ,35 = 4.75 R k / 1,1 R k = ,1 = Der Pfahlwiderstand uss indestens betragen. Verlängerung des Pfahles it Pfahldurchessers d = 0,9 : = d 3,5 154 /² + d 6,5 5,9 /² + d l Sa,erf 13 /² + d²/4 ² /² l Sa,erf = ( / ( d) (3, ,5 5,9 + d/ ) ) / 13 [] l Sa,erf = 6,03 ; l ges,erf = 16,03 c) Herstellvorgang: Der ohrpfahl wird verrohrt hergestellt und während des ohrvorgangs ist i ohrrohr it Wasserüberdruck zu bohren, u durch das anstehende Grundwasser einen hydraulischen Grundbruch der Pfahlsohle zu verhindern. Die Verrohrung wird in den oden eingetrieben bei gleichzeitige Aushub des odens it de ohrwerkzeug. Die Verrohrung uss de ohrfortschritt voreilen, u Auflockerungen während des ohrvorgangs zu verhindern. Innerhalb des Rohres uss Wasserüberdruck aufgebracht werden. Ist die Solltiefe erreicht uss der oden bis zur Unterkante der Verrohrung ausgeräut und gesäubert werden. Anschließend erfolgt das Einstellen des ewehrungskorbes und das etonieren it de Kontraktorverfahren während gleichzeitig die Verrohrung gezogen wird. Modulprüfung in Geotechnik IV a Aufgabe earb.: Gu a /