BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK und Mechanik im … · 2.1 Struktur der Böden 2.2 Mehrphasensystem...

Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen Prof. Dr.-Ing. Ulvi Arslan Petersenstraße 12 64287 Darmstadt Tel. +49 6151 16 - 2537 Fax +49 6151 16 - 2338 [email protected] www.iwmb.tu-darmstadt.de Datum 6. April 2010 Unser Zeichen A/An/Hh/Me – L41

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK Studienunterlagen

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK Seite 0·1Inhaltsübersicht

Inhaltsübersicht

l. Einführung

2. Bodenphysik

3. Spannungen im Boden

4. Grundwasserströmung

5. Werkstoffeigenschaften von Boden und Fels

6. Druckverteilung im Boden

7. Verformungen des Baugrundes

8. Grenzzustände im Boden

Technische Universität Darmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

03/2003

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis

1. Einführung

Seite 0 - 2

Seite:

1.1 Begriffe, Formeln, Zeichen nach DIN 1080, Teil 6 (1980) 1.1-11.2 Verzeichnis der DIN-Normen 1.2-11.3 Technische Vorschriften, Richtlinien und Empfehlungen 1.3-11.4 Rechtsfragen 1.4-1

1.4.1 Bürgerliches Gesetzbuch (BGB) 1.4-11.4.2 Verdingungsordnung für Bauleistungen VOB (1988) 1.4-1

1.5 Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau nach DIN 1054: 2005-01 1.5-11.5.1 Begriffe zum Teilsicherheitskonzept 1.5-11.5.2 Geotechnische Kategorien (GK) 1.5-21.5.3 Grenzzustände (GZ) 1.5-31.5.4 Einwirkungen und Widerstände 1.5-4

1.6 Literatur 1.6-1

2. Bodenphysik

03/2009

2.1 Struktur der Böden2.2 Mehrphasensystem Boden

2.2.1 Porenanteil und Porenzahl2.2.2 Dichten und Wichten2.2.3 Lagerungsdichte2.2.4 Wassergehalt2.2.5 Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngrößen

2.3 Benennung und Klassifikation von Böden2.3.1 Korngrößenverteilung2.3.2 Zustandsgrenzen2.3.3 Benennung von Böden nach DIN 40222.3.4 Auszug aus DIN 4023

Kurzzeichen, Zeichen und FarbkennzeichnungenFür Bodenarten und Fels nach DIN 4022, Teil 1

2.3.5 Klassifikation von Böden nach DIN 181962.3.6 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (VOB, Teil C)2.3.7 Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Böden

2.4 Proctorversuch (nach DIN 18127)2.5 Wasseraufnahmevermögen2.6 Bestimmung des Kalkgehaltes von Böden

2.6.1 Kalkgehaltsbestimmung nach DIN 181292.6.2 Näherungsweise Bestimmung des Kalkgehalten im

Feldversuch nach DIN 40222.7 Bestimmung von organischen Beimengungen in Böden nach

DIN 181282.8 Literatur


2.1-12.2-12.2-12.2-22.2-42.2-52.2-52.3-12.3-22.3-32.3-62.3-10

2.3-142.3-152.3-162.4-12.5-12.6-12.6-1

2.6-1

2.7-12.8-1

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 3

Seite:

3. Spannungen im Boden

3.1 Grundlagen 3.1-13.1.1 Spannungsvektor und Spannungstensor 3.1-13.1.2 Koordinatentransformation, Hauptspannungen Invarianten 3.1-33.1.3 Hydrostatischer Spannungszustand, Deviator 3.1-43.1.4 Verzerrungen 3.1-53.1.5 Graphische Darstellung eines Spannungszustandes mit

Hilfe des Mohr'schen Spannungskreises 3.1-53.2 Der Spannungszustand im Boden 3.2-1

3.2.1 Das Prinzip der wirksamen Spannungen 3.2-13.2.2 Kapillarität 3.2-3

3.3 Literatur 3.3-1

4. Grundwasserströmung

4.1 Potentialnetz 4.1-14.1.1 eindimensionale Strömung 4.1-24.1.2 ebene Strömung 4.1-2

4.1.2.1 Grundlagen 4.1-24.1.2.2 Sickerströmung durch isotrope Böden 4.1-2

4.1.2.2.1 Graphische Lösungen der Laplac'schenDifferentialgleichung 4.1-2Ermittlung des Potentials (Standrohr-Spiegelhöhe) aus dem Strömungsnetz 4.1-4Ermittlung der Sickerwassermenge ausdem Strömungsnetz 4.1-4

4.1.2.3 Sickerströmung durch anisotrope Böden 4.1-44.1.3 Hydraulischer Grundbruch 4.1-64.1.4 Verallgemeinertes Filtergesetz von DARCY 4.1-84.1.5 Ermittlung der Spiegellinie in einem homogenen Damm auf

undurchlässiger Sohle 4.2-94.2 Brunnenströmung

Räumliche Strömung4.2.1 Grundlagen 4.2-14.2.2 Gespanntes Grundwasser 4.2-14.2.3 Freies Grundwasser 4.2-24.2.4 Bemessung von Einzelbrunnen 4.2-34.2.5 Grundwasserabsenkung mittels Mehrbrunnenanlagen 4.2-64.2.6 Aufbau von Filtern 4.2-9

Technische Universität Darmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009


Seite:

4.3 Versuche zur Durchlässigkeitsbestimmung 4.3-14.3.1 Feldversuche 4.3-1

4.3.1.1 Pumpversuche im Filterbrunnen mitGrundwasserstandsmessung inBeobachtungsbrunnen 4.3-14.3.1.1.1 Gespanntes Grundwasser 4.3-14.3.1.1.2 Freies Grundwasser 4.3-1

4.3.1.2 Pumpversuche oder Versickerungsversucheim Brunnen ohne Beobachtungspegel 4.3-24.3.1.2.1 Versuche werden unterhalb des

Grundwasserspiegels ausgeführt 4.3-24.3.1.2.2 Versuche werden über dem

Grundwasserspiegels ausgeführt 4.3-54.3.1.3 Pumpversuche im Filterbrunnen mit

Grundwasserstandsmessungen im instationärenZustand 4.3-6

4.3.2 Laborversuche 4.3-74.3.2.1 Durchlässigkeitsversuch nach DIN 18130 4.3-74.3.2.2 Bestimmung des Duchlässigkeitsbeiwerts k aus

der Kornverteilung 4.3-74.4 Wasserströmung in Dämmen und Böschungen bei sinkendem 4.4-1

Außenwasserspiegel

5. Werkstoffeigenschaften von Boden und Fels

5.1 Einführung 5.1-15.2 Formänderungseigenschaften 5.2-1

5.2.1 Elastizität/Hook'sches Gesetz 5.2-15.2.1.1 Einachsige Spannungsänderung 5.2-15.2.1.2 Mehrachsige Spannungsänderung 5.2-2

5.2.1.2.1 EbenerSpannungszu~and 5.2-45.2.1.2.2 Ebener Verzerrungszustand 5.2-5

5.2.1.3 Volumenänderung 5.2-65.2.1.3.1 Einachsiale Spannungsänderung 5.2-65.2.1.3.2 Mehrachsiale Spannungsänderung 5.2-6

5.2.1.4 Gestaltsänderung 5.2-75.2.1.4.1 EbenerSchubspannungszu~and 5.2-75.2.1.4.2 Räumlicher Schubspannungszustand 5.2-8

5.2.1.5 Beziehung zwischen Gestaltsänderung undSchubverformung 5.2-8

03/2009

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0·5

Seite:

5.2.1.6 Spannungen und Verformungen beim Kompressions-Versuch (Ödometer-Versuch) 5.2-9

5.2.1.7 Volumenspannungen und Volumendehnungen 5.2-105.2.1.8 Rotationssymmetrische Spannungszustände 5.2-11

5.2.2 Zeitsetzungsverhalten/Konsolidierungstheorie5.2.2.1 Zusammendrückbarkeit bei verhinderter

Seitendehnung 5.2-125.2.2.1.1 Verdichtungsziffer und Steifemodul

(aus dem Druck-Porenziffer-Diagramm) 5.2-125.2.2.1.2 Steifemodul (aus dem Druck-Setzungs-

Diagramm) 5.2-125.2.2.1.3 Kompressions-Diagramme für normal

konsolidierten Ton und überkonsolidiertenTon 5.2-13

5.2.2.2 Zeitsetzung 5.2-155.2.2.3 Berechnung des Konsolidierungsvorganges 5.2-15

5.2.2.3.1 Die Differentialgleichung für denKonsolidierungsvorgang 5.2-15

5.2.2.3.2 Konsol idierungsg rad 5.2-175.2.2.3.3 Isochronenbilder 5.2-18

5.2.2.4 Mathematische Behandlung der Konsolidierungs-theorie 5.2-215.2.2.4.1 Sonderfall: unbegrenzte, gleichförmige und

Zeitlich nicht veränderliche Last 5.2-215.2.2.4.2 Allgemeiner Fall der örtlich begrenzten

und ungleichmäßigen Last 5.2-275.2.2.4.3 Mathematische Formulierung des Kon-

solidierungsgrades 5.2-315.3 Festigkeitseigenschaften 5.3-1

5.3.1 Bruchbedingung nach Mohr-Coulomb 5.3-15.3.2 Scherfestigkeit des trockenen Sandes 5.3-35.3.3 Scherfestigkeit des wassergesättigten Tons 5.3-5

5.3.3.1 Allgemeines Verhalten 5.3-55.3.3.2 Wahre Scherparameter 5.3-65.3.3.3 Anfangs- und Endfestigkeit 5.3-7

5.4 Versuche zur experimentellen Ermittlung der Werkstoffeigenschaftenvon Böden 5.4-1

5.5 Literatur 5.5-1



Seite:

6. Druckverteilung im Baugrund

6.1 Spannungen und Verformungen infolge einer an der Oberflächeangreifenden lotrechten Einzellast 6.1-16.1.1 Lösung von Boussinesq 6.1-1

6.1.1.1 Ausgangsgleichungen 6.1-16.1.1.2 Spannungs-Verformung-Beziehungen am

Bodenelement 6.1-46.1.1.3 Randbedingungen 6.1-56.1.1.4 Lösung des Gleichungssystems 6.1-56.1.1.5 Einflusswerte 6.1-86.1.1.6 Besonderheiten des Spannungs- und

Verformungszustandes 6.1-86.1.2 Lösung von Fröhlich 6.1-11

6.2 Spannungsausbreitung infolge ausgedehnter Vertikallasten 6.2-16.2.1 Kreislasten 6.2-2

6.2.1.1 Anwendung der Halbraumtheorie 6.2-26.2.1.2 Vergleich schlaffe und starre Lastfläche 6.2-56.2.1.3 Spannungsermittlung für verschiedene Lastbilder 6.2-7

6.2.2 Linienlasten 6.2-96.2.3 Rechtecklasten 6.2-10

6.2.3.1 Gleichmäßig verteilte Last 6.2-106.2.3.2 Dreieckförmig verteilte Last 6.2-126.2.3.3 Sohlspannungsverteilung unter starren Lastflächen 6.2-14

6.2.4 Verfahren von Newmark und Salas 6.2-156.3 Spannungen infolge Horizontallasten 6.3-16.4 Tafeln zur Spannungsermittlung 6.4-1

6.4.1 Einflusswerte für die lotrechten Normalspannungen imelastisch-isotropen Halbraum infolge vertikaler Lasten 6.4-1

6.4.2 Einflusswerte für die lotrechten Normalspannungen imelastisch-isotropen Halbraum infolge horizontaler Lasten 6.4-14

6.5 Literatur 6.5-1

7. Verformungen des Baugrundes

7.17.2

EinführungLotrechte Verschiebung7.2.1 Begriffsdefinition

7.2.1.1 Senkung7.2.1.2 Sackung7.2.1.3 Setzung

7.1-17.2-17.2-17.2-17.2-17.2-2

Technische Universität Darmstadt • Institutfür Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009


Seite:

7.2.2 Setzung und Verkantungen infolge lotrechter mittiger undausmittiger Belastung (nach DIN 4019) 7.2-57.2.2.1 Allgemeines 7.2-57.2.2.2 Festlegung des Grenztiefe (Einflußtiefe) 7.2-67.2.2.3 Berechnung der Setzungen 7.2-6

7.2.2.3.1 Setzungen infolge lotrechter und mittigerBelastung 7.2-7

7.2.2.3.2 Setzung und Verkantungen infolge lotrechterund ausmittiger Belastungen 7.2-12

7.2.2.3.3 Setzungen und Verkantungen infolgewaagerechter Lasten 7.2-14

7.2.3 Zeitlicher Verlauf der Setzungen (Konsolidierung) 7.2-177.2.4 Setzungsbeobachtungen 7.2-17

7.3 Waagerechte Verschiebungen 7.3-17.4 Literatur 7.4-1

8. Grenzzustände im Boden

8.1 Erddruck und Erdwiderstand 8.1-18.1.1 Halbraum im plastischen Grenzzustand 8.1-1

8.1.1.1 Der allgemeine Spannungszustand an einemBodenelement 8.1-1

8.1.1.2 Spannungs- und Verformungszustand in einerAusgedehnten, gleichmäßigen Ablagerungmit waagrechter Oberfläche 8.1-2

8.1.1.3 Mohr'sche Bruchtheorie 8.1-28.1.1.4 Anwendungsbeispiele der Mohr'schen

Bruchtheorie 8.1-68.1.2 Erddrucktheorien 8.1-8

8.1.2.1 Methode des "kritischen Gleichgewichtes" 8.1-88.1.2.2 Grenzwertverfahren 8.1-9

8.1.3 Erddruck auf frei auskragende Wände 8.1-158.1.4 Erddruck auf abgestützte Wände 8.1-188.1.5 Berechnung des aktiven und passiven Erddrucks

nach DIN 4085: 2007-10 8.1-208.1.5.1 Vorzeichenregel für die Berechnung des aktiven

und passiven Erddrucks 8.1-208.1.5.2 Gleichungen zur Berechnung des Erddrucks 8.1-208.1.5.3 Erddruckbeiwerte für die Berechnung des aktiven

und passiven Erddrucks nach Coulomb(ebene Gleitfläche) 8.1-20

8.1.5.4 Gleitflächenwinkel aus Bodeneigenlast für ebeneGleitflächen nach Coulomb 8.1-21

03/2009


Seite:

03/2009

8.1.5.5 Erddruckbeiwerte für die Berechnung des passivenErddrucks nach Sokolovsky/Pregel(gekrümmte Gleitflächen)

8.1.5.6 Mindesterddruck nach DIN 4085: 2007-108.1.5.7 Erddruckanteil infolge einer vertikalen Linien- oder

Streifenlast, die die Neigung der Gleitfläche ausEigenlast des Bodens nicht wesentlich ändert

8.1.5.8 Erddruckanteil infolge einer horizontalen Linien- oderschmalen Streifenlast, die die Neigung der Gleitflächeaus Eigenlast des Bodens nicht wesentlich ändert

8.1.5.9 Räumlicher passiver Erddruck8.1.6 Literatur

8.2 Berechnung von Baugrubenwänden8.2.1 Kräfte auf eine Baugrubenwand

8.2.1.1 Erddruckumlagerung8.2.1.2 Erddruck aus Nutzlasten

8.2.2 Statische Systeme8.2.2.1 Frei aufgelagerte Baugrubenwände8.2.2.2 Eingespannte Baugrubenwände nach Blum8.2.2.3 Analytisches Trägermodell

8.2.3 Statische Berechnung der Baugrubenwand8.2.3.1 Analytische Ermittlung der Einbindetiefe8.2.3.2 Analytische Berechnung der Auflagerkräfte8.2.3.3 Analytische Ermittlung der Schnittgrößen8.2.3.4 Graphische Verfahren

8.2.3.4.1 Nicht gestützte, eingespannte Wand8.2.3.4.2 Einfach gestützte, frei aufgelagerte Wand8.2.3.4.3 Einfach gestützte, eingespannte Wand

8.2.4 Standsicherheitsnachweise nach DIN 1054: 2005-01 bzw.EAB 4. Auflage8.2.4.1 Nachweis der Sicherheit des Erdauflagers8.2.4.2 Nachweis des vertikalen Gleichgewichts oder

Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisiertenErdwiderstandes

8.2.4.3 Nachweis der vertikalen Tragfähigkeit oderNachweis der Abtragung von Vertikalkräftenin den Untergrund

8.2.4.4 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge8.2.4.5 Weitere Nachweise

8.2.5 Ablauf für die Berechnung einer Baugrubenwand8.2.6 Literatur


8.1-218.1-22

8.1-22

8.1-228.1-238.1-298.2-18.2-18.2-28.2-38.2-48.2-58.2-58.2-68.2-78.2-78.2-78.2-88.2-108.2-108.2-118.2-12

8.2-138.2-13

8.2-14

8.2-148.2-158.2-178.2-178.2-18


Seite:

8.3

8.4

Böschungs- und Geländebruchberechnungen nachDIN 1054: 2005-01 und E DIN 4084:2002-118.3.1 Nachweis der Sicherheit gegen Böschungsbruch

und Geländebruch (GZ 1C)8.3.2 Verfahren mit geraden und einsinnig gekrümmten

Gleitlinien8.3.2.1 Lamellenverfahren8.3.2.2 Lamellenfreie Verfahren

8.3.3 Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien8.3.3.1 Blockgleitverfahren8.3.3.2 Verfahren der zusammengesetzten Bruch

mechanismen mit geraden Gleitlinien8.3.4 Berechnung der Standsicherheit und

Ausnutzungsgrad 08.3.5 Besondere Bedingungen nach E DIN 4084:2002-118.3.6 Verformungsbegrenzung von Böschungen und

Geländesprüngen ohne Bebauungen8.3.7 LiteraturGrundbruchwiderstand von Flachgründungen8.4.1 Ableitung der Tragfähigkeitsbeiwerte8.4.2 Sicherheitsnachweis für Flach- und Flächengründungen

nach DIN 1054: 2005-018.4.2.1 Frostsicherheit8.4.2.2 Einwirkungen und Beanspruchungen in der Sohlfläche8.4.2.3 Nachweis der Tragfähigkeit

8.4.2.3.1 Nachweis der zulässigen Lage derSohldruckresultierenden (GZ 1A)

8.4.2.3.2 Nachweis der Gleitsicherheit (GZ 1B)8.4.2.3.3 Nachweis der Grundbruchsicherheit (GZ 1B)

8.4.2.4 Aufnehmbarer Sohldruck in einfachen Fällen8.4.2.4.1 Nichtbindiger Boden8.4.2.4.2 Bindiger Boden

8.4.3 Literatur

8.3-1

8.3-1

8.3-38.3-38.3-58.3-88.3-8

8.3-8

8.3-108.3-10

8.3-108.3-128.4-18.4-1

8.4-78.4-78.4-78.4-8

8.4-88.4-108.4-118.4-188.4-198.4-228.4-23

03/2009


BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung Seite 1.1 - 1

1

1.1

Einführung

Begriffe, Formeln, Zeichen nach DIN 1080, Teil 6 (1980)

Formel-zeichen

Nr und Benennung Einheit BemerkungenNeben- (Beispiele)

zeichen

1 Bodeneigenschatten

1.1 C Krümmungszahl ') (d 30)2 1)c-d,o' dso

siehe DIN 18196

1.2 Ce Kompressionsbeiwert ') Wert des Anstiegs der halblogarith·misch aufgetragenen Druckporen-zahllinie

C l1e. de----G-m1t er111g-

Ge

Einheitsspannung Ge- 1 kN/m 2

1.3 Cs Schwellbeiwert ') mittlerer Wert des Anstiegs einerEntlastungs· und Wiederbeiastungs·schleife der halblagarithmischaufgetragenen Druckporenzahllinie

l1eCs - - - -

G-Alg-

Ge

Lagerungsdichtemax n - n

1.4 D ') D-max n- min n

1.5 D pr VerdichtungsgradOd

') Dpr---OPr

siehe DIN 18127

Es Steifemodul MN/m 2da

1.6 Es - d;;- (früher Steifezahi)

d c (= dn) ist die auf die Höhe desVolumenelements bezogene Zusarn-mendrückung (Verminderung desPorenanteils n) im einachsigen Form-änderungszustand

1Reziprokwert -= m y

Es(coefficient of volume cornpres s-ibility)

1.7 E Verformungsmodul MN/m 2A Go

v E y - 1.5 ' r--As

r Radius der Lastplatte si eheDIN 18134

') Verhtiltnisgröße

1) in DIN 18196 auch als Ce bezeichnet


03/2003

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung Seite 1.1 ·2

(Fortsetzung)

Formel-zeichen

Nr und Benennung Einheit BemerkungenNeben- (Beispiele)

zeichen

1.8 JA Aktiv itä tsza hl *) Plastizitätszahl, bezogen auf dasVerhältnis des Gewichtes m-i derTonfraktion zum Gesamtgewicht m

I pIA----

m-rl m

wL-w1.9 Je Konsistenzzahl *) Je----

I p

w-wp1.10 h Liquiditätszahl *) h- ----1- Ie

I p

max e- e1.11 I D bezogene Lagerungsdichte *) I D- max e- rnin e

1.12 Ip Plastizitätszahl *) lp-WL-Wp

I nw

1.13 Sr Sättigungszahl *) Sr- -n-

SensitivitätCu qu

1.14 S, *) S,- ----Cu r qr

Cu r Scherfestigkeit des gestörtenBodens für den undräniertenZustand

t· Cv1.15 r, bezogene Konsolidierungszeit *) T---

v H 2

t KonsolidierungszeitH Dicke der einseitig vertikal

entwässernden Bodenschicht

1.16 U Ungleichförmlgkeitszahl *) u- asod,o

(auch Ungleichkörnigkeitszahl)

siehe DIN 18196

1.17 uc Veriestigungsgrad *) Verhältnis der bis zu einern Zeit-punkt eingetretenen Volumenände-rung zurVolumenänderung im Endzu-stand

(degree of consolidallon),(früher U Konsolidierung sgrad)

1.18 Uz Konsolidierungsverhältnis *) Verhältnis der bis zu einem Zeit-punk1 eingetretenen Abnahme desPorenwasserdrucks zum Porenwasser-druck bei Beginn der Laststeigerung

(consolidation ratio)

1.19 Ve. Kalkgehalt *) Verhäitnis des Kalkgew ich Isan teilszum Trockengewicht

*) Verhältnisgröße



(Fortsetzung)

Formel'zeichen Einheit

Nr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben'zeichen

1.20 Vg1 Glühverlust *) Verhältnis des Gewichtsverlustesbeim Glühen zum Trockengewic~t

1.21 c' Kohäsion des dränierten kN/m z effektive Spannung(entwässerten) Bodens siehe DIN 18137 Teilt

1.22 cr Kohäsion des gestörten undränierten kN/m z auch Scherfestigkeit eines(nicht entwässerten) Bodens gestörten. gesättigten bindigen

Bodens im undränierten Zustand

1.23 Cu Kohäsion des undränierten kN/m z totale Spannung(nicht entwässerten) Bodens siehe DIN 18 t37 Teil 1

1.24 c, KonsoIid ieru ng sbeiwe rt m2/sBeiwert der Zeitsetzung

k· E, kcv - - - - - - - -

Yw lTl y ' Yw

1.25 d' Komgrö8e mm siehe DIN 18123

1.28 e Porenzahl *) Porenvolumen. bezogen auf dasFeststoftvolumen

ne---

1-n

(früher PorenziHer)

1.27 min e Porenzahl bei dichtester Lagerung *)

1.28 max e Porenzahl bei lockerster Lagerung ')

1.29 i, spezifische Strömungskrafl kN/m 3Strömungskraft. bezogen auf dasVolumen n (früher j)

1.30 h hydraulische Druckhöhe m 1)

1.31 hk kapillare Steighöhe m

1.32 i hydraulisches Gefälle *) Verlust an hydraulischer Druckhöhe 1)je Länge in Fiießrichlung

v1.33 k Durchlässigkeitsbeiwert m/s k--

i

1.34 n Porenanteil *) Porenvolumen. bezogen auf dasGesamtvolumen

en-nw+na-~

nw Anteil der wassergefüllten Porenlla Anteil der luftgefüllten Poren

1.35 min n Porenanteii bei dichtester ')Lagerung

1.36 max n Porenanteil bei lockerster *)Lagerung

II') Verhältnisgröße

-

1) gemein~ ist hier: Energiehöhe


03/2003

·.


(Fortsetzung)

Formel-zeichen Einheit

Nr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

1.37 q DurchfluB, flächenbezogen m3/(s' m 2) Wasservolumen je Querschnittfläche

bezogen auf die Zeit

1.38 q, einachsige Druckfestigkeit des kN/m 2

gestörten Bodens

1.39 qu einachsige Druckfestigkeit des kN/m 2

ungestörten Bodens

1.40 u Porenwasserdruck kN/m 2Wasserdruck in den Poren eineswassergesättigten Bodans

u- uo±Au

1.41 uo hydrostatischer Porenwasserdruck kN/m 2

1.42 u. Porenluftdruck kN/m 2 Luftdruck in den Poren eines teil-weise wassergesältigten Bodens

1.43 uw Porenwasserdruck bei Teilsättigung kN/m 2 Wasserdruck In den Poren einesteilweise wassergesättigten Bodens

1.44 tJ.u Porenwasserüberdruc k. kN/m 2 Über- bzw. Unterdruck im Poren-Porenwasserunterdruck wasser gegenüber dem hydrostati-

schen Porenwasserdruck

1.45 v Filtergeschwindigkeit m/s Durchfluß je Fläche

v- k· i

1.46 W Wassergehalt *) Verhältnis der Masse des Poren-wassers zur Trockenmasse, sieheDIN 1B 121 Teil1

1.47 Wl_ Wassergehalt an der Fließgrenze *)

1.48 wp Wassergehalt an der Ausrollgrenze *)

1.49 Ws Wassergehalt an der Schrumpfgrenze *)

1.50 wPr optimaler Wassergehalt *) Wassergehalt, der der maximalenTrockendichte nach dem Proctor-versuch zugeordnet Ist, sieheDIN 1B 127

1.51 Y Wichte des feuchten Bodens kN/m 3 Y - (1 - n) . (1 + w) . Y.1 + w

-~'Ys

(früher Raumgewicht des feuchtenBodens)

1.52 y' Wichte des Bodens unter kN/m 3 y'- (1 - n) . (y, - yw)Auftrieb _ Ys -Yw

1 + e

I*) Verhältnisgröße



(Fortsetzung)

Formel-zeichen

EinheitNr und Benennung Bemerkungen

Neben-(Beispiele)

zeichen

1.53 Yd Trockenwichte des Bodens kNlm3 Yd -(1-11)' Ys1

-~'Ys

(früher Trockenraumgewicht)

1.54 Y, Wichte des wassergesättigten kNlm 3 Yr - (1 - Il) , Ys + Il ' YwBodens. Ys + e- Yw-

1 + e(früher Raumgewicht deswassergesätligten Bodens)

1.55 Ys Kornwichte kNlm 3 (früher spezifisches Gewicht desKorns)

1.56 Yw Wichte des Wassers kNlm3 (früher spezifisches Gewicht desWassers)

IN slm 21.57 'lw dynamische Viskosität des Wassers I

1.58 V w kinematische Viskosität des Wassers m 21s

1.59 (;' Dichte des feuchten Bodens tlm 3 (;'-(1-1l)(1+w)' ('S

1.60 (;'d Trockendichte des Bodens tlm 3 (;'-(1- n)' (;'S

1.61 (;'Pr Proctordichte tlm 3 Maximale Trockendichte nach demProctorversuch siehe DIN 18127

1.62 (;'r Dichte des wassergesätliglen Bodens tlm 3 ('r-(1-1l) ps+n' Pw

1.63 (;'S Korndichte I tlm 3

1.64 (;'W Dichte des Wassers tlm 3

1.65 a totale Spannung kNlm 2 gesamte Normalspannunq in einerSchnittfläche durch den Boden

1.66 o,

effek1ive Spannung kNlm 2 0'- 0- U 1)

1.67 T( Scheriesligkeit kNlm 2 Maximalwert der Scheriestigkeit -auch Bruchscheriestigkeit genannt,siehe DIN 1B137 Teil 1

1.68 TR Gleitfesligkeit kNlm 2Scheriestigkeit nach groBem Ver-schiebungsweg - auch Restscher-festigkeit genannt, siehe DIN 1B137Teil 1(residual shear strength)(früher Tr)

') Verhältnisgröße

1) wird auch als wirksame Spannung bezeichnet


03/2003

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.1 ·6

Einführung

,

(Fortsetzung)

Formel-zeichen

EinheitNr und Benennung

(Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

1.69 tpr Innerer Reibungswinkel des 0 zur Berechnung der Endstandsicher-

dränierten (entwässerten) heit mit:Bodens

T(- c'+ 0'· tan 'P'

(der griechische Kleinbuchstabephi 'P erscheint in ausländischenDruckerzeugnissen auch als (6)siehe DIN 18137 Teil 1

1.70 innerer Reibungswinkel 0 zur Berechnung der Anfangsstand-'Pudes undränierten sicherheit mit:(nicht entwässerten) Bodens

Tlu - Cu + 0 . tan 'Pu

siehe DIN 18137 Teil 1

2 Gründungen

2.1 Eo Erdruhe druckkratt, -Iast I kN

2.2 Ea aktive Erddruckkraft, -Iast I kN

2.3 Ep passive Erddruckkraft, -Iast I kN I auch Erdwiderstandskrart, -Iast

2.4 /(0 I Beiwert des Erdruhedrucks I ')

2.5 Ka Beiwert des aktiven Erddrucks I ')

2.6 Kp Beiwert des passiven Erddrucks ')

2.7 Q Pfahllast I kN

2.8 Qg Pfahlgrenzlast kN siehe DIN 1054, AusgabeNovember 1976, Bild 2

2.9 Q,g Pfahlfußkratt kN siehe DIN 4014 Teil 2

2.10 Qr Pfahlmantelkrafl I kN siehe DIN 4014 Tell 2

2.11 Cl La ngl tu d Inalg esc hwl ndlg kei t m/s Geschwindigkeit der Druckwelle imKontinum

2.12 c, Transversalgeschwindigkeit m/s Geschwlndiqkelt der Scherwelle imKontinum

2.13 cR Rayleig h-Geschwindig keit m/s Geschwindigkeit der o benrächen-welle

2.14 eo Erdruhedruck kN/m 2

2.15 e, aktiver Erddruck k~lIm2

2.16 ep passiver Erddruck r.Ulm 2 auch: Erdwiderstand



03/2003

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.1 - 7Einführung

(Fortsetzung)

Formel-zeichen

EinheitNr und Benennung(Beispiele) Bemerkungen

Neben-zeichen

2.17 k n dynamischer Druck-Bettungsmodul MN/m 3 Dynamische Sohlspannung, die für Ein-heitsvertormung senkrecht zur Grün-dungsfläche erforderlich ist (früher Co>

2.18 k, Bettungsmodul MN/m 3 k, - ~ (früher Bettungszahl Cb)s

2.19 11, dynamischer Schub-Bettungsmodul MN/m 3 Dynamische Sohlspannung, die fürdie Einheitsverformung parallelzur Gründungstläche erforderlichist.

2.20 1 Piahllänge rn

2.21 10 Kra t1ein tra 9un gsläng e m Anteil der Pfahl· oder Ankerlänge,auf dem rechnerische Krät1e an denBaugrund abgegeben werden. sieheDIN 1054, DIN 4125 Teil 1

2.22 .q, Mantelreibung kN/m 2 1)

2.23 S Setzung mm , = Endwert

2.24 So Sofortsetzung mm, = zeilunabhängiger SetzungsanteiJ

2.25 s, IPrimärsetzung mm , = Setzung infolge Konsolidierung

2.26 s2 Sekundärsetzung mm, = Setzung unter konstanten effektivenSpannungen nach Abschluß derKonsolidierung

2.27 sei elastische Pfahlsetzung mm, = elastischer Anteil der axialenPfahlko pfverschiebung

2.28 Spl bleibende Piahlselzung mm , = bleibender (plastischer) Anteilder axialen Pfahlkopfverschi ebung

2.29 St Setzung zur Zeit t mm , cm

2.30 Da Wand reibungswinkel tür aktiven 0

Erddruck

2.31 op Wandreibungswinkel für passiven 0

Erddruck

2.32 0, Sohlreibungswinkel 0

2.33 U Gleiffiächenwinkel 0

2.34 o, Gleilflächenwinkel für aktiven 0

ErddruckWinkel der ungünstigen Gleitfläche

2.35 up Gleilflächenwinkel tür passiven 0 gegen die HorizontaleErddruck

2.36 °0 Sohl normal spannung kN/m 2

2.37 °Of Grundbruchspannung kN/m 2

2.38 °v geologische Vorbelastung kN/m 2

1 ) nach DIN 4014: Sondierwiderstand bei Drucksonden qs [kN/m'JPfahlspitzenwiderstand Os [kN/m'JMantelreibung

"mf [kN/m'Jnach DIN 4094: Spitzenwiderstand qc [kN/m'J

Mantelreibung f s [kN/m'J


03/2003


(Fortsetzung)

Formel-zeichen

EinheitNr und Benennung

(Beispiele)Bemerkungen

Neben-zeichen

2.39 TO Sohlscherspannung kN/m 2

2.40 wi Eigenkreisfrequenz, ungedämpft 1/s i r- 1, 2, 3 ...

2.41 wdi Eigenkreisfrequenz, gedämpft 1/s'

3 Sonstige Größen und Nebenzeichen (Indizes)

3.1 1Jl0 Anzahl der Rammschläge für 10 cm ') siehe DIN 4094Eindringung bei Rammsonden

3.2 1130 Anzahl der Rammschläge bei 30 cm ') siehe DIN 4094Eindringung beim Standard Pentra-lion Test (SPT)

3.3 qc Spitzenwiderstand bei Drucksonden MN/m 2 siehe DIN 4094

3.4 ß Neigungswinkel einer Böschung zur 0 siehe DIN 4084 Teil 2Horizontalen

3.5 v Formbeiwert bei Tragfähigkeits- ') siehe DIN 4017 Teil 1untersuchungen

3.6 x Neigungsbeiwert bei Tragfähigkeits-

I') siehe DIN 4017 Teil 2

untersuchungen

3.7 Pr Nebenzeichen für Proctor -3.8 R Nebenzeichen für Rest- .. , bleibend -

I(residual), Rayleigh

3.9 a Nebenzeichen für Luft, Auftrieb,

I-

aktiv (Erddruck)

3.10 c Nebenzeichen für Kohäsion, -Konsolidation

3.11 p Nebenzeichen für passiv -(Erddruck)

3.12 r Nebenzeichen für Reibung, gestört -(remoulded), radial

3.13 s Nebenzeichen für Setzung, Feststoff -

3.14 u Nebenzeichen für ungestört, -undräniert, Porenwasserdruck

3.15 w Nebenzeichen für Wasser -

3.16 Y Nebenzeichen für Wichte des -Bodens

3.17 0 Nebenzeichen für Anfang- .. , -Sohl- .. , Ruhe-(Druck)


,


BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung Seite 1.2-1

1.2 Verzeichnis von DlN-Normen

DIN Ausgabe Titel

1045 2008 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton1054 2005 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau1055 T 1 2002 Einwerkungen auf Tragwerke1055 T2 1976 Lastannahmen für Bauten; Bodenkenngrößen, Wichten,

Reibungswinkel, Kohäsion, Wandreibungswinkel1072 1985 Straßen- und Wegbrücken; Lastannahmen (mit Anhang,

Beiblatt 1, 1988)1076 1999 Ingenieurbauwerke im Zuge von Straßen und Wegen;

Überwachung und Prüfung1080 T6 1976 Begriffe, Formelzeichen und Einheiten im Bauingenieur-

wesen; Bodenmechanik und Grundbau1301 T 1 2002 Einheiten, Einheitennamen, Einheitenzeichen1301 T2 1978 Einheiten; Allgemein angewendete Teile und Vielfache1356 1995 BauzeichnungenEN 1536 1999 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten

(Spezialtiefbau) - BohrpfähleEN 1537 2001 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten

(Spezialtiefbau) - VerpressankerEN 1538 2000 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten

(Spezialtiefbau) - Schlitzwände4017 2006 Baugrund - Berechnung des Grundbuchwiderstandes von

Flachgründungen (mit Beiblatt 1)4018 1974 Baugrund - Berechnung der Sohldruckverteilung unter

Flächengründungen (mit Beiblatt 1, 1981)4019 T 1 1979 Baugrund - Setzungsberechnungen bei lotrechter, mittiger

Belastung (mit Beiblatt 1)4019 T2 1981 Baugrund - Setzungsberechnungen bei schräg und bei

außermittig wirkender Belastung (mit Beiblatt 1)4020 2003 Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke

(mit Beiblatt1, 2003)4022 T 1 1987 Baugrund und Grundwasser: Benennen und Beschreiben

von Boden und Fels; Schichtenverzeichnis für Bohrungenohne durchgehende Gewinnung von gekernten Proben imBoden und im Fels

4022 T3 1981 Baugrund und Grundwasser: Benennen und Beschreibenvon Boden und Fels; Schichtenverzeichnis für Bohrungenim Fels (Festgestein)

4023 2006 Geotechnische Erkundungen und Untersuchung, Zeich-nerische Darstellung der Ergebnisse von Bohrungen undsonstigen direkten Aufschlüssen

4030 T 1 2008 Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase:Grundlagen und Grenzwerte

4049 T 1 1992 Hydrologie; Grundbegriffe4049 T2 1990 Hydrologie, Begriffe und Gewässerbeschaffenheit4084 2009 Baugrund - Geländebruchberechnungen (mit Beiblatt 1

(1981) und Beiblatt 2 (1983)4085 2009 Baugrund - Berechnung des Erddrucks; Berechnungs-

grundlagen (mit Beiblatt1 und 2, 1989)4093 1987 Baugrund - Einpressung in den Untergrund; Planung,

Ausführung, Prüfung4094 2002 Baugrund - Felduntersuchungen Teil 1: Druck-

sondierungen



DIN Ausgabe Titel

4094 2002 Baugrund - Felduntersuchungen Teil 4: Scherversuch4095 1990 Baugrund - Dränung zum Schutz baulicher Anlagen;

Planung, Bemessung und Ausführung4107 1978 Baugrund - Setzungsbeobachtungen an entstehenden und

fertigen Bauwerken4123 2000 Ausschachtungen, Gründungen und Unterfangungen im

Bereich bestehender Gebäude4124 2002 Baugruben und Gräben; Böschungen, Arbeitsraumbreiten,

Verbau4126 1986 Ortbeton- Schlitzwände; Konstruktion und Ausführung4127 1986 Erd- und Grundbau; Schlitzwandtone für stützende

Flüssigkeiten; Anforderungen, Prüfverfahren, Lieferung,Güteüberwachung

4149 T 1 2005 Bauten in deutschen Erdbebengebieten; Lastannahmen,Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten (mitBeiblatt)

4150 T 1 2001 Erschütterungen im Bauwesen; Vorermittlung vonSchwingungsgrößen

4150 T2 1999 Erschütterungen im Bauwesen; Einwirkungen aufMenschen in Gebäuden

4150 T3 1999 Erschütterungen im Bauwesen; Einwirkungen auf baulicheAnlagen

EN 12063 1999 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten(Spezialtiefbau) - Spundwand-Konstruktionen

EN 14199 2005 Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten(Spezialtiefbau) - Pfähle mit kleinen Durchmessern(Mikropfähle)

EN ISO 14688 2003 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Beschreibung und Klassifizierung von Böden, Teil 1:Benennung und Beschreibung

EN ISO 14688 2004 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Beschreibung und Klassifizierung von Böden, Teil 2:Grundlagen für Bodenklassifizierungen

EN ISO 14689 2004 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Klassifizierung von Fels, Teil 1: Benennung undBeschreibung

18121 T 1 1998 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Wassergehalt;Bestimmung durch Ofentrocknung

18121 T2 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Wassergehalt;Bestimmung durch Schnellverfahren

18122 T1 1997 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Zustands-grenzen (Konsistenzgrenzen); Bestimmung der Fließ- undAusrollgrenze

18122 T2 2000 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Zustands-grenzen (Konsistenzgrenzen); Bestimmung der Schrumpf-grenze

18123 1996 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Bestimmungder Korngrößenverteilung

18124 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung derKorndichte, Kapillarpyknometer - Weithalspyknometer

18125 T 1 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung derDichte des Bodens; Laborversuche



DIN Ausgabe Titel

18125 T2 1999 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung derDichte des Bodens; Feldversuche

18126 1996 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung derDichte nichtbindiger Böden bei lockerster und dichtesterLagerung

18127 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Proctorversuch18128 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung des

Glühverlusts18129 1996 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte:

Kalkgehaltsbestimmung18130 T 1 1998 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung des

Wasserdurchlässigkeitsbeiwerts, Laborversuche18134 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte:

Plattendruckversuch18136 2003 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung der

einaxialen Druckfestigkeit; Einaxialversuch18137 T1 1990 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung der

Scherfestigkeit; Begriffe und grundsätzlicheVersuchsbedingungen

18137 T2 1990 Baugrund; Versuche und Versuchsgeräte: Bestimmung derScherfestigkeit; Triaxialversuch

18195 T 1 2000 Bauwerksabdichtungen; Allgemeines, Begriffe18195 T2 2009 Bauwerksabdichtungen; Stoffe18195 T3 2000 Bauwerksabdichtungen; Verarbeitung der Stoffe18195 T4 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen

Bodenfeuchtigkeit; Bemessung und Ausführung18195 T5 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen

nichtdrückendes Wasser, Bemessung und Ausführung18195 T6 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen von außen

drückendes Wasser, Bemessung und Ausführung18195 T8 1983 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung über Bewegungsfugen18196 2006 Erd- und Grundbau; Bodenklassifikation für bautechnische

Zwecke18200 2000 Übereinstimmungsnachweis für Bauprodukte18915 2002 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Bodenarbeiten18918 2002 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Ingenieur-

biologische Sicherungsbauweisen19700 T 10 2004 Stauanlagen; Gemeinsame Festlegungen19700 T 11 2004 Stauanlagen; Talsperren19700 T 12 2004 Stauanlagen; Hochwasserrückhaltebecken19700 T 13 2004 Stauanlagen; Staustufen19700 T 14 2004 Stauanlagen; Pumpspeicherbecken21521 T 1 1990 Gebirgsanker für den Bergbau und den Tunnelbau; BegriffeEN ISO 22475 2007 Geotechnische Erkundung und Untersuchung; Teil 1EN ISO 22476 2005 Geotechnische Erkundung und Untersuchung; Teil 2 und 352100 2007 Naturstein; Gesteinskundliche Untersuchungen52101 2005 Prüfverfahren für Gesteinskörnungen von Naturstein;

Probenahme52102 2006 Prüfverfahren für Gesteinskörnungen von Naturstein;

Bestimmung der Dichte, Rohdichte, Reindichte,Dichtigkeitsgrad, Gesamtporosität

EurocodeEC 1 T1 E 1993 Basis of Design and Actions on StructuresEC 7 T1 E 1993 Geotechnical Design, General Rules


BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung

J..3 Technische Vorschriften, Richtlinien und Empfehlungen

Zusätzliche Technische Vorschriften (ZTV)

Seite 1.3-1

- ZTVE-StB 76: Zusätzliche Technische Vorschriften und Richtlinienfür Erdarbeiten im Straßenbau, 1976

Hrsg.: Bundesministerium für Verkehr, Abteilung für Straßenbau

- ZTV-K 88: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen fürKunstbauten, 1988

Hrsg.: Bundesministerium für Verkehr, Abteilung für Straßenbau undBundesministerium für Verkehr, Abteilung fürBinnenschiffahrt und WasserbauDeutsche Bundesbahn

Herausgeber von Empfehlungen, Richtlinien und Merkblättern

- Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT), Essen[vormals Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. (DGEG)]Hohenzollernstraße 52, 45128 Essen

Herausgeber von Empfehlungen u.a.:

EAB

EAO

EVB

Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben, 1988

Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ofereinfassungen,Häfen und Wasserstraßen, 1990

Empfehlungen Verformungen des Baugrundes bei baulichenJl.-.nlagen, 1993

- Deutscher Verband für Wasserwi tschaft und Kulturbau e. V. (DvWK)Glückstraße 2, 53229 Bonn

- Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches Ei.V. (DVGW)Mergenthahlerallee 27, 65760 Eschborn/Taunus


03/2003


1.4

1.4.1

Rechtsfragen

Bürgerliches Gesetzbuch (BGB)

Vertiefung, § 909 BGB

,;Ein Grundstück darf nicht in der Weise vertieft werden, daß der Boden des Nachbargrundstücks die erforderliche' Stütze verliert, es.sei denn, daß für eine genügende anderweitige Befestigung gesorgt ist."

§ 909 BGB ist die zentrale Vorschrift zur Regelung nachbarschaftlicher Beziehungen bei Eingriffen in das unter der Erdoberfläche liegende Gefüge.

1.4.2 Verdingungsordnung für Bauleistungen VOB (1988)

Teil A: Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen

Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung vonBauleistungen

Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen

DIN 18299 Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art

DIN 18 300 Erdarbeiten

DIN 18301 Bohrarbeiten

DIN 18302 Brunnenbauarbeiten

DIN 18303 Verbauarbeiten

DIN 18304 Rammarbeiten

DIN 18 305 Wasserhaltungsarbeiten

DIN 18306 Entwässerungskanalarbeiten

DIN 18307 Gas- und Wasserleitungsarbeiten im Erdreich

·DIN 18308 Dränarbeiten

DIN 18 309 Einpreßarbeiten

DIN 18310 Sicherungsarbeiten an Gewässern, Deichen und Küstendünen

DIN 18311 Naßbaggerarbeiten

DIN 18312 Untertagebaunrbeiien

DIN 18313 Schlilzwandarbeiten mit stützenden Flüssigkeiten

DIN 18314 Spritzbeionnrbeiten

DIN 18315 Straßenbauarbeiten; Oberbauschichien ohne Bindemittel

DIN 18316 Straßenbauarbeiten; Oberbauschichten mit hydraulischenBindemitteln

DIN 18317 Straßenbauarbeiten; Oberbauschichten mit bituminösenBindemitteln

DIN 18318 Straßenbauarbeiien; Pflasterdecken und Plattenbeläge

DIN 18320 Landschattsbauarbeiten

DIN 18325 Gleisbauarbeiten

DIN 18330 Mauerarbeiten

DIN 18331 Beton- und Stahlbetonarbeiten

DIN 18332 Naturwerksteinarbeiten

DIN18 333 Betonwerksteinarbeiten

DIN 18334 Zimmer- und Holzbauarbeiten

DIN 18 335 Stahlbauarbeiten

DIN 18336 Abdichtungsarbeiten

DIN 18 338 Dachdeckungs- und Dachabdichtungsarbeiten


03/2003


1.5 Sicherheitsnachweise in Erd- und Grundbau nach DIN 1054: 2005-01

Seite 1.5·1

Das Teilsicherheitskonzept ermöglicht im Gegensatz zum Globalsicherheitskonzept unter

Verwendung mehrerer Sicherheitsbeiwerte eine differenzierte Betrachtung einzelner

Einflussfaktoren .

1.5.1 Begriffe zum Teilsicherheitskonzept

Einwirkung (F):

auf das Tragwerk bzw. den Baugrund einwirkende

- Kraftgrößen (direkte Einwirkungen, z.B. Eigenlasten Verkehrslasten) oder

- Verformungsgrößen (indirekte Einwirkungen, z.B. durch aufgezwungene oder behinderte

Verformungen).

Beanspruchung (E):

Folge bzw. Auswirkung der gleichzeitig zu betrachtenden Einwirkungen bzw.

Einwirkungskombination auf das Tragwerk bzw. den Baugrund oder seine Teile oder die

betrachteten (Quer-) Schnitte, z.B. - Schnittgrößen,

- Spannungen,

- Dehnungen, Verformungen,

- Lageveränderungen wie Verschiebungen und Verdrehungen.

Widerstand (R):

Einem Grenzzustand entgegenwirkende Kraft, Schnittgröße bzw. Spannung im oder am Tragwerk

bzw. Baugrund, die durch Festigkeit bzw. Steifigkeit der Baustoffe oder des Baugrundes

(Scherfestigkeit und daraus abgeleitete Bodenwiderstände) verursacht wird.

Charakteristischer Wert (Index k):

Wert einer Einwirkung, einer Beanspruchung oder eines Widerstandes, von dem angenommen

wird, dass er mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit im Bezugszeitraum unter Berücksichti

gung der Nutzungsdauer des Bauwerks und der entsprechenden Bemessungssituation nicht über

oder unterschritten wird. Der charakteristische Wert wird aufgrund von Versuchen, Messungen,

Berechnungen oder Erfahrungen festgelegt.

- Baustoffe: maßgebender Wert der Materialfestigkeit La. aus bestimmtem Quantil der

angenommenen statistischen Verteilung, z.B. 95 %-Quantil;

Modell: Kette mit dem schwächsten Glied

- Baugrund: maßgebender Wert der Scherfestigkeit, Wichte etc. in der Regel aus vorsichtigem

Schätzwert des Mittelwertes;

Modell: parallel geschaltete, duktile Widerstände

Technische UniversitätDarmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006

BODEN MECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung Seite 1.5·2

Bemessungswert (Index d):

Wert einer Einwirkung, einer Beanspruchung oder eines Widerstandes, der für den Nachweis eines

Grenzzustandes zugrunde gelegt wird. Der Bemessungswert wird aus den charakteristischen

Werten über einen Beiwert, den Teilsicherheitsbeiwert y, bestimmt.

- Die charakteristischen Einwirkungen Fk bzw. Beanspruchungen Ek werden mit einem Teilsicher-

heitsbeiwert YFvergrößert: Fd = YF' Fk bzw. Ed = YF . Ek

- Die charakteristischen Widerstände Rk werden mit einem Teilsicherheitsbeiwert YR abgemindert:

Rd = Rk/YR

1.5.2 Geotechnische Kategorien (GK)

Die Mindestanforderungen an Umfang und Qualität geotechnischer Untersuchungen, Berech

nungen und Überwachungsmaßnahmen sind in der DIN 4020 beschrieben. Sie werden nach

dem Schwierigkeitsgrad der Konstruktion, der Baugrundverhältnisse sowie der zwischen ihnen

und der Umgebung bestehenden Wechselwirkungen in die drei Geotechnischen Kategorien (GK)

unterteilt:

GK 1

GK 2

GK 3

GeringerSchwierigkeitsgrad

MittlererSchwierigkeitsgrad

HoherSchwierigkeitsgrad

Einfache Baumaßnahmen bzw. Bauwerke bei einfachen, übersichtlichenBaugrundverhältnissen, so dass die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit mit vereinfachten Verfahren aufgrund von Erfahrungen nachgewiesen werden kann.

Baumaßnahmen bzw. Bauwerke und Baugrundverhältnisse, die eineingenieurmäßige Bearbeitung und einen rechnerischen Nachweis derStandsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auf Grundlage von geotechnischen Kenntnissen und Erfahrung verlangen.Es ist ein geotechnischer Entwurfsbericht zu erstellen.

Baumaßnahmen bzw. Bauwerke und Baugrundverhältnisse, die nicht indie Geotechnischen Kategorien GK 1 Und GK2 eingeordnet werdenkönnen und die eine ingenieurmäßige Bearbeitung und einen rechnerischen Nachweis der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit aufGrundlage von zusätzlichen Untersuchungen und von vertieften geotechnischen Kenntnissen und Erfahrungen im jeweiligen Spezialgebietverlangen. Baumaßnahmen oder Bauwerke, bei denen die Beobachtungsmethode angewendet werden soll, sind in die Geotechnische KategorieGK 3 einzustufen (außer begründete Ausnahmen).Es ist ein geotechnischer Entwurfsbericht zu erstellen.

Tabelle 1:

11/2006

Geotechnische Kategorien (GK)

Technische UniversitätDarmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinführung Seite 1.5·3

1.5.3 Grenzzustände (GZ)

Im Erd- und Grundbau wird wie im übrigen konstruktiven Ingenieurbau unterschieden zwischen

dem - Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZ 1)

- Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2)

Durch die Gegenüberstellung der Bemessungswerte der maßgebenden Einwirkungen (Fd) bzw.

Beanspruchungen (Ed) und der maßgebenden Widerstände (Rd) muss nachgewiesen werden,

dass diese Grenzzustände mit ausreichender Wahrscheinlichkeit nicht erreicht werden.

Der Grenzzustand der Tragfähigkeit eines Bauwerkes ist nachgewiesen, wenn die sog.

Grenzzustandsbedingung s, :::;;Rd erfüllt ist (GZ 1B, GZ 1C).

GZ 1A Grenzzustand des Verlustes derLagesicherheit

Versagen durch Gleichgewichtsverlust ohne Bruch, z.B.:

AufschwimmenHydraulischer GrundbruchAbhebenNachweis der zulässigen Lage der Sohldruckresultierenden ("Kippen")

Die Bemessungswerte der stabilisierenden (Gd) und destabilisierenden (Fd)Einwirkungen werden einander gegenübergestellt. Widerstände tretennicht auf.

mit Ydst ~ 1; Yst ::;;1

GZ 1B Grenzzustand des Versagensvon Bauwerken und Bauteilen

Versagen von BauwerkenlBauteiien durch Bruch im Bauwerk oder Bruchdes stützenden Baugrundes, z.B.:

Materialversagen von BauteilenGrundbruchGleitenVersagen des Erdwiderlagers

Nachweis:

GZ 1C

GZ 2

Grenzzustand des Verlustes derGesamtstandsicherheit

Grenzzustand derGebrauchstauglichkeit

Versagen des Baugrundes, ggf. einschließlich der Bauwerke, durch Bruchim Boden/Fels, z.B.:

BöschungsbruchGeländebruch

Nachweis: s, ::;;Rd

d.h. hierbei werden die geotechnischen Einwirkungen und Widerstände(z.B. Erdruck, Erdwiderstand) mit den Bemessungswerten der Scherfestigkeiten ermittelt.

Überschreitung der für die Nutzung eines Bauwerkes festgelegtenBedingungen ohne Verlust der Tragfähigkeit, z:B.:

VerschiebungenVerdrehungen

Tabelle 2: Grenzzustände (GZ)



1.5.4 Einwirkungen und Widerstände

Einwirkungskombinationen (EK):

sind Zusammenstellungen der an den Grenzzuständen des Bauwerks beteiligten, gleichzeitig

möglichen Einwirkungen nach Ursache, Größe, Richtung und Häufigkeit:

Ständige sowie während der Funktionszeit desEK 1 Regel-Kombination Bauwerks regelmäßig auftretende veränderliche

Einwirkungen.

1= k" ') Seltene Kombination Außer den Einwirkunqen der Regel-Kombination1-1'-. L..

seltene oder einmalige planmäßige Einwirkungen.

Außer den Einwirkungen der Regel-KombinationEK 3 Außergewöhnliche Kombination eine gleichzeitig mögliche außergewöhnliche

Einwirkung, insbesondere bei Erdbeben,Katastrophen oder Unfällen.

Tabelle 3: Einwirkungskombinationen (EK)

Sicherheitsklassen bei Widerständen (SK):

berücksichtigen den unterschiedlichen Sicherheitsanspruch bei den Widerständen in Abhängigkeit

von Dauer und Häufigkeit der maßgebenden Einwirkungen:

SK 1 Auf die Funktionszeit des Bauwerks angelegte Zustände

SK 2 Bauzustände bei der Herstellung oder Reparatur des Bauwerks und Bauzuständedurch Baumaßnahmen neben dem Bauwerk

SK 3 Während der Funktionszeit einmalig oder voraussichtlich nie auftretende Zustände

Tabelle 4: Sicherheitsklassen bei Widerständen (SK)

Lastfälle (LF):

ergeben sich für den Grenzzustand GZ 1 aus den Einwirkungskombinationen in Verbindung mit

den Sicherheitsklassen bei den Widerständen:

EK 1 EK 2 EK 3 nach DIN 1055-100:2001-03,9.3 (1):

SK 1 LF 1 LF 2 LF 1: "ständige Bemessungssituation"

SK 2 LF 2 LF 3 LF 2: "vorübergehende Bemessungssituation"

SK 3 LF 3 LF 3: "außergewöhnliche Bemessungssituation"

Tabelle 5: Lastfälle (LF)



Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen:

Formel-Lastfall

Einwirkungzeichen

LF 1 LF 2 LF 3

GZ 1A: Grenzzustand des Verlustes der Lagesicherheit

Günstige ständige Einwirkungen YG,Stb 0,95 0,95 0,95

Ungünstige ständige Einwirkungen YG,dst 1,05 1,05 1,00

Ungünstige veränderliche Einwirkungen YO,dst 1,50 1,30 1,00

Strömungskraft bei günstigem Untergrund YH 1,35 . 1,30 1,20

Strömungskraft bei ungünstigem Untergrund YH 1,80 1,60 1,35

GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen

Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen YG 1,35 1,20 1,10allgemein (einschI. ständigem und veränderlichem Wasserdruck)

Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen aus YE09 1,20 1,10 1,00Erdruhedruck

Beanspruchungen aus günstigen ständigen YG,inf 1,00 1,00 1,00Einwirkungen (nur im Sonderfall 8.3.4 (2))

Beanspruchungen aus ungünstigen veränderlichen Yo 1,50 1,30 1,10Einwirkungen

GZ 1C: Grenzzustand des Verlustes der Gesamtstandsicherheit

Ständige Einwirkungen YG 1,00 1,00 1,00

Ungünstige veränderliche Einwirkungen Yo 1,30 1,20 1,00

GZ 2: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

ständige Einwirkungen bzw. Beanspruchungen YG = 1,00

veränderliche Einwirkungen bzw. Beanspruchungen Yo= 1,00

Tabelle 6: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen

Zur Ermittlung des Bemessungswertes der Beanspruchung werden die charakteristischen

Beanspruchungen mit den o.g. Teilsicherheitsbeiwerten multipliziert.



Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände:

FormeI-Lastfall

Widerstandzeichen

LF 1 LF 2 LF 3

GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen

Bodenwiderstände

Erdwiderstand und Grundbruchwiderstand YEp' YGr 1,40 1,30 1,20

Gleitwiderstand YGI 1,10

Pfahlwiderstände

Pfahldruckwiderstand bei Probebelastung Ypc 1,20

Pfahlzugwiderstand bei Probebelastung YPI 1,30

Pfahlwiderstand auf Druck und Zug YP 1,40aufgrund von Erfahrungswerten

Verpressankerwiderstände

Widerstand des Stahlzuggliedes YM 1,15

Herausziehwiderstand des Verpresskörpers YA 1,10

GZ 1 C: Grenzzustand des Verlustes der Gesamtstandsicherheit

Scherfestigkeit

Reibungsbeiwert tan <p' des dränierten Bodens und Yep,Yepu 1,25 1,15 1,10Reibungsbeiwert tan <pu des undränierten Bodens

Kohäsion c' des dränierten Bodens und Yc' t: 1,25 1,15 1,10Scherfestigkeit c, des undränierten Bodens

Herausziehwiderstände

Boden- bzw. Felsnägel, Ankerzugpfähle YN' t. 1,40 1,30 1,20

Verpresskörper von Verpressankern YA 1,10

Flexible Bewehrungselemente Ys 1,40 1,30 1,20

Tabelle 7: Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände

Zur Ermittlung des Bemessungswertes des Widerstandes werden die charakteristischen

Widerstände durch die O.g. Teilsicherheitsbeiwerte dividiert.



Entwicklung der Grundbau-Normen aus europäischer und deutscher Sicht

Seite 1.5 - 7

Die Erarbeitung von Bemessungsnormen für das Bauwesen in einem von der EU finanziertenund kontrollierten Programm wurde 1975 von der Kommission der Europäischen Gemeinschaftbeschlossen. Parallel zu dem Eurocode-Programm wurden in den letzten Jahren neue nationaleBemessungsnormen beruhend auf dem Teilsicherheitskonzept der Eurocodes (EC) für denkonstruktiven Ingenieurbau und die Geotechnik in Deutschland erarbeitet.

Normenrechtliche Ziele der Mitgliedsländer der EU zur Harmonisierung der nationalen undeuropäischen Baunormen:

- Einführung und Anwendung der Eurocodes in allen Mitgliedsstaaten der EUkeine konkurrierenden nationalen und europäischen Normen (d.h, Zurückziehungnationaler Normen, die mit den europäischen Normen konkurrieren)

- Nationale Normen nur zulässig in Bereichen, die keine europäische Norm regelt,und die keinen Widerspruch zu europäischen Normen darstellen.

Die parallel zum EC 7-1 erarbeitete und Ende 2004 bauaufsichtlieh eingeführte DIN 1054 (2005)ist eine mit dem EC 7-1 konkurrierende nationale Norm und muss nach einer Übergangsfristzurückgezogen werden.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den ungefähren Zeitplan der weiteren Entwicklung des EC 7-1und der DIN 1054:

periode ....~,

I EC 7-1 1:»»::>:<~»)<:>}!»p:m)~:NJ~~7~()«<:::::::;«:::::::::::<»::::::1I

Nationaler

I

.. ,., , " , ,..... . .:~#~~#g::o>m:)i::N::tQ~:7~~:~~~~:1)::::::::::::::::::::::::

I 2004) 2005 I 2006 I 2007 2008 2009 2010

Zeitplan für die Einführung des Eurocode DIN EN 1997-1

Ab etwa 2010 werden bzgl. EC 7-1 voraussichtlich folgende Normen in Deutschland gültig sein:

- DIN EN 1997-1 als deutsche Fassung des EC 7-1- Nationaler Anhang DIN EN 1997-1-NA-1- DIN 1054 (2007) als nationale Ergänzung des EC 7-1 zur Berücksichtigung

spezieller deutscher Erfahrungen und Verfahren

Technische UniversitätDarmstadt • Institutfür Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006


1.6 Literatur

[1] Bernatzik, W. Baugrund und Physik - Schweizer Druck- u.Verlaghaus, 1947

[2] Brich-Hansen, J.; Hauptprobleme der BodenmechanikLundgren, H. Springe~Verlag, 1960

[3] Caquot, A; Grundlagen der BodenmechanikKerisel, J. Springe~Verlag, 1967

I [4] D!N-TaschenbuchNr.36Erd- und Grundbau, Hrsg.: DIN Deutsches Institutfür Normung e. V. 8. Aufl., Beuth-Verlag 1990

[5] DIN-Taschenbuch Nr. 113Erkundung und Untersuchung des BaugrundsHrsg.: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.6. Auf!., Beuth-Verlag 1993

[6] Grundbau-Taschenbuch Hrsg. Smoltzcyk, U.:4. Auf!. 1. Teil 1990,2. Teil 1991, 3. Teil 1992Verlag W. Ernst & Sohn

[7] Gudehus, G. Bodenmechanik - Enke-Verlag 1981

[8] Kezdi, A Erddrucktheorien - Springer-Verlag, 1962

[9] Kezdi, A Handbuch der Bodenmechanik, Band I-IVVEB Verlag für Bauwesen, 1969

[10]Lang, H.-J.; Bodenmechanik und Grundbau- 4. Auf!.Huder, J. Springer-Verlag, 1990

[11] Prinz, H. Abriß der Ingenieurgeologie - 2. Auf!.Enke Verlag, 1991

[12] Schultze, E.; Bodenuntersuchung für IngenieurbautenMuhs, H. 2. Auf!. - Springer-Verlag, 1967

[13] Terzaghi, K.; Theoretische BodenmechanikJelinek, R. Springe~Verlag, 1954

[14] Terzaghi, K.; Die Bodenmechanik in der BaupraxisPeck, R. Springe~Verlag, 1961

[15] Wittke, W. Felsmechanik - Springer-Verlag, 1984

[16] DIN 1054: 2005-01



Fachzeitschriften

- Bauingenieur- Bautechnik- Beton- und Stahlbetonbau- Canadian Geotechnical Journal- Felsbau- Geotechnical Testing Journal- Geotechnik- Geotechnique- Ground Engineering- Journal of Geotechnical Engineering- Revue Fran~aise de Geotechnique- Soils and Foundations- Straßen + Tiefbau- TIS - Tiefbau, Ingenieurbau, Straßenbau- Tunnel- Wasserwirtschaft

Veröffentlichungsreihen

Seite 1.6,,2

- CSRM- DGGT

- ISSMFE

- DIBt-NGI- SGI

Canadian Society of Rock MechanicsDeutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.,vormals Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V.International'Society of Soil Mechanics and FoundationEngineeringDeutsches Institut für BautechnikNorwegian Geotechnical InstituteSwedish Geotechnical Institute

(DGEG)


03/2003

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK und Mechanik im … · 2.1 Struktur der Böden 2.2 Mehrphasensystem...

Documents

Transcript of BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK und Mechanik im … · 2.1 Struktur der Böden 2.2 Mehrphasensystem...