Grundlagen der Geotechnik

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1 Grundlagen der Geotechnik von Hans-Henning Schmidt 3., vollst. überarb. u. aktual. Aufl. Grundlagen der Geotechnik Schmidt schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Springer Vieweg Wiesbaden 2006 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 Inhaltsverzeichnis: Vorwort. 3 1 Allgemeines Aufgabengebiet der Geotechnik Regelwerk Baugrunderkundung, Geotechnischer Bericht Definitionen für Boden, Fels und Grundwasser Pflicht zur Baugrunderkundung Methoden der Baugrunderkundung Aufschlussverfahren Umfang Grundwassererkundung und -beobachtung Labor- und Feldversuche Geotechnischer Bericht - Baugrund- und Gründungsgutachten Kennwerte für Boden und Fels Zusammenfassung Eigenschaften von Böden und Fels Gesteine als Dreiphasenstoff Mineralogische Grundlagen Bestimmung von Bodeneigenschaften Dichtebestimmung, Wichte Wassergehalt Korngrößenverteilung Zustandsformen und -grenzen Wasseraufnahme Beimengungen Dichte nichtbindiger Böden bei lockerster und dichtester Lagerung; Lagerungsdichte, Verdichtungsfähigkeit Klassifizieren von Böden Klassifizieren gemäß Vorschriften und Merkblättern Bodenansprache nach ortsüblichen, geologischen Bezeichnungen Eigenschaften von Fels Klassifikation von Fels für den Straßenbau Klassifikation und Kennwerte von Fels für den Fels- und Hohlraumbau Durchlässigkeit, Grundwasserströmung, Kapillarität, Filter und Filterregeln, Dränschichten Durchlässigkeit Grundwasserströmung Kapillarität Filter und Filterregeln, Dränschichten Frosteinwirkungen, Frostempfindlichkeit von Böden Ursachen und das Auftreten von Frosteinwirkungen Schäden an Bauwerken Frostkriterien und Frostempfindlichkeit Frostauswirkung auf den Oberbau im Straßenbau, s. auch Abschn Bodenverdichtung Proctorversuch Dichtebestimmung im Feld Indirekte Dichtebestimmungsmethoden im Feld. 112

3 Sondierungen, genormt Dichtebestimmungen, nicht genormt Formänderungs- und Festigkeitseigenschaften Spannungen und Verformungen Spannungsbegriff Vorzeichenregelung am Volumenelement Ebener Spannungszustand Transformation des Spannungstensors Hauptspannungen Mohrsche Darstellung des Spannungszustands Mohrsche Darstellung des ebenen Spannungszustands "Polkonstruktion" Porenwasserdruck, totale und effektive Spannung Verformungen und Verformungsmoduln Zusammendrückbarkeit und Schwellung im Oedometerversuch Einaxiale Konsolidation (Oedometerversuch) Überkonsolidierte Böden Zeitsetzung Plattendruckversuch Scherfestigkeit Messung der Scherfestigkeit im Triaxialgerät Messung der Scherfestigkeit mit dem Direkten Schergerät (Kastenscherversuch) Messung der Scherfestigkeit mit dem Einaxialen Druckversuch (Zylinderdruckversuch) Messung der Scherfestigkeit mit der Flügelsonde Randbedingungen in den Versuchen zur Bestimmung der Scherfestigkeit Scherversuche und Auswertung Die Scherparameter φ und c Scherverformungen und Dilatanzwinkel Bruchkriterien Sensitivität Scherfestigkeitswerte Steifigkeit Erd- und Verkehrswegebau Erdbaugeräte Auflockerung und Verdichtung Besonderheiten bei Dämmen Erdbautechnische Aspekte bei Verkehrswegeentwässerung Abdichtungen im Erdbau Anforderungen und Prüfungen Anforderungen an die Kornverteilung Anforderungen an die Verdichtung im Straßenbau Prüfungen im Straßenbau Verdichtungsprüfung bei Felsschüttungen Verbesserung und Verfestigung von Böden als Baustoff und Baugrund Dräns zur Konsolidation Verpressen (Injizieren), Vermörteln und Vereisen Verbesserung und Verfestigung im Erdbau Verdichten in der Tiefe Verdichten und Verdrängen. 208

4 6.6 Stabilisierungssäulen Bodenaustausch Geokunststoffe Definitionen Funktionen Zielvorstellungen Ausgangsmaterialien und deren Eigenschaften Auswahl und Planung Einsatzbereiche und Funktion Eigenschaften, Prüfungen und Produktangaben Geotechnischer Entwurf von Erd- und Grundbauwerken Altes und neues Sicherheitskonzept Eurocode 0 (EN 1990): Grundlagen der Tragwerksplanung Begriffe Nachweisverfahren mit γ -Faktoren Entwurf gemäß DIN Entwurf gemäß Eurocode 7: DIN EN (2005) Geotechnische Kategorien (GK) Beobachtungsmethode Spannungsberechnungen im Baugrund, Sohlspannungen Spannungen infolge Bodeneigengewicht und unendlicher Flächenlasten Spannungen infolge Lasten, allgemeine Hinweise Senkrechte Einzellast Horizontale Einzellast Spannungen infolge Flächenlasten Spannungen infolge gleichmäßiger Streifenlast Gleichmäßige Last unter einem Rechteckfundament Vertikalspannung unter dem Eckpunkt einer Rechtecklast Vertikalspannung unter der Kante einer Trapezlast Vertikalspannung unter einer gleichmäßig belasteten Kreisplatte Vertikalspannung unter einer ungleichmäßig belasteten Kreisplatte Sohlspannung bei starrem Streifenfundament Setzungen und andere Verformungen Indirekte Setzungsberechnung Direkte Setzungsermittlung mit Hilfe geschlossener Formeln Setzungsberechnung für kennzeichnenden Punkt nach Kany Setzungsberechnung bei außermittiger Last Treffsicherheit von Setzungsprognosen Zulässige Setzungen und Setzungsunterschiede Konstruktive Setzungsbeeinflussung Zeitlicher Verlauf der Setzungen Andere Ursachen für Verformungen Grenztragfähigkeit und Stoffmodelle Plastizität (Grenztragfähigkeit) Allgemeine Aussagen Grundlagen für die Berechnung der Grenztragfähigkeit Berechnung der Grenztragfähigkeit "Untere Schranke" ("Untere Grenzbedingung"). 296

5 "Obere Schranke" ("Obere Grenzbedingung") Gleitlinien-Methode (Flächenbruch) Grenzgleichgewichtsmethode (kinematische Methode) Vergleich der Methoden Elastisch-plastische Modelle Cam-Clay-Modell Weitere Modelle Flach- und Flächengründungen Begriffe Nachweise für Flach- und Flächengründungen Nachweis der Sicherheit gegen Kippen bei ausmittiger Beanspruchung Nachweis der Gleitsicherheit Nachweis der Grundbruchsicherheit Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen Nachweis der Gesamtstandsicherheit Nachweis von aufnehmbaren Sohldrücken mit Tabellenwerten Betonbemessung Pfahlgründungen Pfahlarten und Herstellung Einwirkungen, Tragwirkung, Widerstände Widerstände von Bohrpfählen Widerstände von Verdrängungspfählen Pfahlwiderstände für verpresste Mikropfähle Konstruktive Gesichtspunkte Baugruben und Gräben Baugruben und Gräben nach DIN Regelböschungen nach DIN Verbaute Gräben Gesicherte Böschungen Baugrubenverbauten Böschungs- und Geländebruch Kinematik und Bruchmechanismen Zeitlicher Verlauf von Rutschungen Einwirkungen und Widerstände Einwirkungen Widerstände Berechnungsverfahren Sicherheiten Lamellenfreie Methode für Gleitkreise Lamellenfreie Methode bei gerader Gleitlinie Lamellenfreie Methode bei böschungsparalleler Gleitlinie Bemessungsdiagramm für homogene Böschungen Lamellenverfahren mit kreisförmigen Gleitlinien Lamellenverfahren für böschungsparallele Gleitlinien Verfahren für Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien Variation der Bruchgeometrie Wasserdrücke und äußere Kräfte. 398

6 Wasserdrücke Äußere Kräfte Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Empfehlungen für Böschungsneigungen Böschungssicherungsmethoden Beispiele von Sicherungsmaßnahmen für Landverkehrswege Ingenieurbiologische Bauweisen Sicherung von Felsböschungen Erddruck Einfluss der Scherfestigkeit Erddruck als Funktion der Wandbewegung Neigungswinkel des Erddrucks Größe und Verteilung des aktiven und passiven Erddrucks Flächenbruch nach Rankine Erddruck nach Coulomb Erdwiderstand bei gekrümmten oder mehreren Gleitflächen Grafische Erddruckermittlung Geschichteter Baugrund Ermittlung des Erddrucks für allgemeine Fälle nach DIN 4085; Erddrucktabelle und Diagramme Aktiver Erddruck - ebener Fall Erdruhedruck Erddruckbeiwerte für aktiven Erddruck und Erdruhedruck sowie Gleitflächenwinkel Passiver Erddruck (Erdwiderstand), ebener Fall Räumlicher Erddruck vor schmalen Druckflächen Räumlicher aktiver Erddruck Räumlicher passiver Erddruck Teilmobilisierter Erdwiderstand Zusatz-Erddruck infolge Verdichtung Erddruck bei dynamischer Anregung Erddruck infolge sackender Hinterfüllung und Silodruck Erddruck infolge Hangbewegung Ansatz des Erddrucks Entwurf und Berechnung von Stützbauwerken Entwurfshinweise Regelwerke und Regeln Nachweis der Grenzzustände Stützmauern Gewichtsmauern Raumgittermauern Bewehrte Bodensysteme Winkelstützmauern Stützwände Einwirkungen aus Erddruck Stützsysteme und Berechnungsverfahren Einfach gestützte Wände Eingespannte Wände Aufgelöste Wände Fangedamm. 486

7 Verformungen Einfluss von Wasser Wasserüberdruck Umströmung von Wänden Hydraulischer Grundbruch Dränanlagen Aufbruch der Baugrubensohle Verankerungen Verpressanker Herstellung Ankertypen und Bezeichnungen Korrosionsschutz Stahl, Stahlzugfestigkeit Kraftübertragung in den Baugrund Prüfungen Nachweise Gegenseitige Beeinflussung, Ankerabstände, Vorspannung Ankerwände und Ankerplatten Länge und Lage von Ankern Verankerung von Stützwänden Verankerungen von anderen Bauwerken Wechselwirkung Bauwerk - Baugrund Modelle für die Wechselwirkung Hinweise zur Gebrauchstauglichkeit Berechnung der Wechselwirkung bei Flächengründungen Bettungsmodulverfahren Grundfälle Unendlich langer Balken Halbunendlich langer Balken Steifemodulverfahren (Halbraumverfahren) Einflüsse und Bewertung von Bettungsmodul- und Steifemodulverfahren Einspannung im Baugrund Entwurf und Berechnung von Gründungen auf Pfählen Axial belastete Pfähle Konstruktionshinweise Berechnungsannahmen Statische und kinematische Bestimmtheit bei Pfahlrosten Statisch unbestimmte Pfahlroste Sonderfälle von statisch unbestimmten Pfahlsystemen Horizontal belastete Pfähle und Pfahlgruppen Setzungen und Lastverteilungen bei Pfahlgruppen Pfahl - Knicken Kombinierte Pfahl-Plattengründung Sicherung bestehender Bauwerke Bauausführung gemäß DIN Unterfangung mit Verpressungen und dem Düsenstrahlverfahren Unterfangungen mit Verbauten Unterfangung mit Pfählen. 597

8 21.5 Unterfahrungen Bauen im Grundwasser Grundwasseraussperrung Grundwasserabsenkung Absenkung durch Einzelfassung, ebener Fall Absenkung durch Einzelfassung, axialsymmetrischer Fall Durchlässigkeit Reichweite Brunnenergiebigkeit GW-Absenkung durch mehrere Brunnen Konstruktion eines Großbrunnens, Pumpen Grundwasserversickerung Grundwasserentspannung Offene Grundwasserhaltung Wasserhaltung neben einem Gewässer Entwässerung feinkörniger Böden mit Kleinbrunnen und Elektroosmose Setzungsschäden durch GW-Absenkung Trockenhaltung von Bauwerken und Umleitung von Grundwasser Baugrunddynamik Grundlagen Wellenausbreitung im Untergrund Messung von Schwingungen Erschütterungseinwirkungen auf Menschen und Bauwerke Dynamische Eigenschaften und Kennwerte von Böden Dynamische Einwirkungen auf Gründungen Erdbebensicheres Bauen Anhang Internationale geotechnische Klassifikation: IGC Technisches Regelwerk: Normen, Empfehlungen Regelwerke für den Erdbau Bücher, Zeitschriften Abkürzungen und Symbole, Nebenzeichen Schichtenverzeichnis nach DIN Literatur. 695 Sachverzeichnis. 710