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Autor:

Schober, Philipp

Originaltitel:

Zum hydraulischen Grundbruch an Baugrubenumschließungen bei luftseitiger Sicherung durch einen Auflastfilter in nichtbindigen Böden

Jahr:

2014

Typ:

Dissertation

Einrichtung:

Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften

Betreuer:

Witt, Karl-Josef, Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Gutachter:

Witt, Karl-Josef, Univ.-Prof. Dr.-Ing.; Perau, Eugen, Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Format:

PDF

Sprache:

Deutsch

Schlagworte:

Hydraulischer Grundbruch ; Baugrube ; Nichtbindiger Boden

DDC-Notation:

624.152

Kurzfassung:

Numerische Untersuchungen zum hydraulischen Grundbruch bei geringen Einbindetiefen und luftseitiger Sicherung durch einen Auflastfilter haben gezeigt, dass die herkömmlichen Nachweise nach DIN EN 1997-1:2009-09 (Eurocode 7) und DIN 1054:2010-12 bzw. nach EAU für geringe Einbindetiefen und bei luftseitiger Sicherung durch einen Auflastfilter auf der unsicheren Seite liegen können. Es wurde daher von Odenwald und Herten anhand numerischer Simulationen ein erweiterter Berechnungsansatz erarbeitet, welcher die vertikalen Strömungskräfte unterhalb des Fußes der Baugrubenumschließung berücksichtigt. Der Ersatzkörper, welcher beim erweiterten Berechnungsansatz zur Anwendung kommt, entspricht einem Stromfaden der bis unterhalb des Wandfußes reicht. Reibungskräfte werden keine berücksichtigt. Die Berechnungen auf der Grundlage dieses erweiterten Ansatzes ergeben jedoch unerwartete Ergebnisse, da eine gewisse Einbindetiefe der Baugrubenwand, welche größer null ist, den ungünstigsten Fall darstellt. Mittels weiterführenden Untersuchungen wird analysiert, ob es tatsächlich durch eine Reduktion der Einbindetiefe zu einer Erhöhung der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch kommen kann. Weiterhin wird untersucht, inwiefern der erweiterte Berechnungsansatz aufgrund der getroffenen Vereinfachungen von den tatsächlichen Verhältnissen abweicht und welchen Einfluss diese Vereinfachungen auf den Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch haben. Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Versagen vertikal durchströmter Bodensäulen in einem Zylinder zeigen, dass sich in einer mit einem Auflastfilter belasteten Sandsäule ein Gewölbe ausbildet. Dies setzt die Übertragung von Reibungskräften zwischen Zylinderwand und Versuchssand bzw. Auflastfilter voraus. Die Größe der zusätzlich zum Eigengewicht wirkenden rückhaltenden Kräfte sind von der Lagerungsdichte des Versuchsbodens und der Dicke des Auflastfilters abhängig. Versuche zum hydraulischen Grundbruch bei luftseitiger Sicherung durch einen Auflastfilter zeigen des Weiteren, dass die Bruchkörperform beim hydraulischen Grundbruch sowohl von der Dicke des Auflastfilters als auch von der Einbindetiefe der Wand abhängig ist. Weiterhin bestätigen die mittels der Versuche bestimmten kritischen Potentialdifferenzen die Untersuchungsergebnisse von Odenwald und Herten hinsichtlich des Verlaufs der Bruchkurve. Auf Grundlage der Ergebnisse aus den theoretischen und experimentellen Untersuchungen wird ein modifiziertes Verfahren zum Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch vorgestellt. Die Form und Größe des modifizierten Ersatzkörpers ist von der Einbindetiefe der Wand und der Dicke des Auflastfilters abhängig und passt sich gut an die bei den Versuchen gemessene Bruchkörperform an. Weiterhin erlaubt das modifizierte Nachweiseverfahren den Ansatz der im Boden und im Auflastfilter wirkenden Reibungskräfte. Erste Verifizierungen anhand der Versuchsergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung. «

Übersetzte Kurzfassung:

Numerical investigations of seepage failure at walls with a small embedded depth and a surcharge filter on the excavation side of the wall have shown that the traditional proof of seepage failure according to DIN EN 1997-1:2009-09 (Eurocode 7) and DIN 1054:2010-12 or to EAU can be on the unsafe side. For this reason, by means of numerical simulations an extended calculation approach was developed by Odenwald and Herten. The extended calculation approach takes into account the vertical flow forces below the toe of the retaining wall. The critical prism which is used in the advanced calculation method corresponds to a current thread which reaches below the wall toe. Friction forces are not taken into account. However, the calculation results based on this extended approach show unforeseen results. Hence a certain embedment depth of the pit wall, which is greater than zero, representing the worst case. By means of further studies it is investigated whether it can actually be that the safety against seepage failure increase by reducing the embedment depth. Furthermore, the influences of the simplifications due to the shape of the critical prism are investigated. Theoretical and experimental investigations on the failure of vertical flow in a soil column show that forms an arch in a loaded sand column. This requires the transfer of frictional forces between cylinder wall and sand or between cylinder wall and surcharge filter. The sizes of the frictional forces depend on the relative density of the soil and the thickness of the surcharge filter. Furthermore, seepage failure experiments with a surcharge filter on the excavation side of the wall show that the collapse body shape dependents on the thickness of the surcharge filter and the embedded depth of the wall. Furthermore, the critical potential differences determined by the experiments confirm the findings by Odenwald and Herten. Based on the results of the theoretical and experimental investigations, a modified method is presented to proof the safety against hydraulic heave. The shape and size of the modified theoretical collapse body depends on the embedment depth of the wall and the thickness of the surcharge filter and adapts well to collapse body measured in the experiments. Furthermore, the modified method of proof allows taking the friction forces in the sand and the surcharge filter into account. First verification based on the experimental results show good agreement. «

Veröffentlichung:

Erschienen in: "Mitteilungen des Institutes für Bodenmechanik und Grundbau" der Universität der Bundeswehr München. Heft 21

Urn:

urn:nbn:de:bvb:706-3563

Tag der Abgabe der Dissertation:

28.10.2013

Tag der mündlichen Prüfung:

10.03.2014

Eingestellt am:

10.06.2014

Ort:

Neubiberg