Numerik in der Geotechnikam 9. und 10. Oktober 2019 Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe

BAWKolloquium

Kußmaulstraße 17 ∙ 76187 Karlsruhe Tel. +49 (0) 721 9726-0 Fax +49 (0) 721 9726-4540

Wedeler Landstraße 157 ∙ 22559 Hamburg Tel. +49 (0) 40 81908-0 Fax +49 (0) 40 81908-373 www.baw.de

Zum Kolloquium mit dem Thema

Numerik in der Geotechnik9. Oktober 2019, 13:30 Uhr bis 18:00 Uhr 10. Oktober 2019, 08:30 Uhr bis 13:00 Uhr Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Vortragsraum, Halle IV

laden wir herzlich ein.

Bei Abmeldung bis spätestens fünf Werktage vor der Veranstaltung wird der Beitrag zurückerstattet. Falls die Abmeldung später erfolgt oder der/die Teilnehmer/in bzw. ein/e Ersatzteilnehmer/in nicht erscheint, ist der volle Beitrag zu zahlen.

Die BAW ist kein Unternehmen im Sinne des Umsatz-steuergesetzes und unterliegt daher nicht der Umsatz-steuerpflicht.

Veranstalter:Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Informationen und eine Anfahrtsskizze können online unter www.baw.de abgefragt werden.

AnsprechpartnerinSteffi Gindler Tel.: +49 (0) 721 9726-4800 E-Mail: geo-kolloquium@baw.de

Dieses Kolloquium wird bei der Ingenieurkammer-Bau Nordrhein-Westfalen zur Anerkennung als Fortbildungs-veranstaltung angemeldet.

Prof. Dr.-Ing. Christoph Heinzelmann Leiter der Bundesanstalt für Wasserbau

Anmeldung | Informationen

Wir bitten um Online-Anmeldung bis spätestens zum 25. September 2019 überwww.baw.de – Veranstaltungen

Für die Veranstaltung wird ein Beitrag von 150,- € erhoben.

Für die Teilnehmer/innen aus der Bundesverwaltung wird ein Beitrag von 75,- € berechnet.

Der Teilnahmebeitrag für Studierende beträgt 20,- €.

Die Kosten für die Teilnehmer/innen aus der WSV werden intern verrechnet.

Die Zahlung des Teilnahmebeitrages kann per Kredit-karte oder per Überweisung erfolgen; die notwendigen Daten erhalten Sie nach der Online-Anmeldung über die Funktion ‚Beitrag bezahlen‘.

Die BAW, die TU Hamburg-Harburg und der Arbeitskreis 1.6 „Numerik in der Geotechnik“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik veranstalten alle zwei Jahre ein gemeinsames Kolloquium, das sich schwerpunktmäßig der numerischen Simulation der Wechselwirkungen von Baugrund, Bauwerk und Grundwasser widmet. Die numerischen Methoden ent-wickeln sich stetig weiter, sodass ihr Einsatz für immer komplexere Fragestellungen möglich wird. Die Beiträge geben einen Überblick über den derzeitigen Stand der Forschung und die erfolgreiche Anwendung in der Praxis.

Programm Mittwoch, 9. Oktober 2019

13:30 Uhr BegrüßungProf. Dr.-Ing. Christoph Heinzelmann (BAW)

13:45 Uhr Aktuelle Empfehlungen des Arbeitskreises Numerik zur Berechnung der Standsicherheit mit der FEM durch Reduzierung der Festigkeits-parameterProf. Dr.-Ing. Eugen Perau (Universität Duisburg-Essen)

Im Vortrag werden die aktuell herausgegebenen neuen Empfehlungen des Arbeitskreises „Numerik in der Geotech-nik“ zur Berechnung der Standsicherheit von geotechni-schen Konstruktionen mit der FEM vorgestellt. Nach einer Übersicht werden die Vorteile einer Berechnung mit der FEM aufgezeigt, unterschiedliche Vorgehensweisen erläu-tert sowie konkrete Empfehlungen zur Berechnung gege-ben. Abgeschlossen wird der Vortrag mit einem Beispiel, das von verschiedenen Bearbeitern mit unterschiedlichen Softwarepaketen berechnet wurde.

14:10 Uhr Variation der Festigkeitskennwerte am Beispiel der Zielbaugrube eines WasserstollensDr. sc.-techn. Jörg-Martin Hohberg (IUB Engineering AG, Bern)

In den neuen Empfehlungen des AK 1.6 wird als «Methode B» die Phi-c-Reduktion ausgehend von bereits reduzier-ten Scherfestigkeiten erwähnt. Dies können im Felsbau Restwerte mit großem Unterschied zwischen Matrix- und Schichtfestigkeit sein. Wie am realen 3D-Beispiel einer Bau-grube gezeigt wird, ergeben sich je nach Kennwertesatz unterschiedliche Versagensmechanismen. Schließlich wird zur Abklärung eines möglichen Firstniederbruchs im Stollen an einem Kluftscharmodell die reine c-Reduktion nach vor-abgeminderten Reibungswinkeln vorgestellt.

14:35 Uhr Bestimmung der Böschungsstandsicherheit mit einem dehnungsabhängigen AnsatzDr.-Ing. Kornelia Nitzsche, Prof. Dr.-Ing. habil. Ivo Herle (Technische Universität Dresden)

Die Mobilisierung der Scherfestigkeit in einer Gleitfläche ist nicht homogen und die Böschungssicherheit kann, wenn sie mittels Grenzgleichgewichtsmethoden bestimmt wird, un-terschätzt werden. Im Vortrag wird ein Algorithmus vorge-stellt, welcher die Entwicklung der Standsicherheit mit der Verschiebung in der Gleitfläche koppelt. Zur Veranschau-lichung werden zwei Berechnungsbeispiele für eine Bö-schung mit ebener Gleitfläche vorgestellt.

15:00 Uhr Grundbruchberechnung mit der Finite- Elemente-Methode – Einfluss der FließregelAss. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Franz Tschuchnigg, Dominika Knitter M. Sc., Przemysław Nowakowski M. Sc. (Universität Graz)

Als Alternative zur konventionellen Grundbruchberechnung bieten sich numerische Verfahren wie die Finite-Elemente-Methode an, wobei in dem Vortrag zwei unterschiedliche Formulierungen zum Einsatz kommen: Erstens Formulie-

rungen, die auf Verschiebungsansätzen beruhen, und zwei-tens Formulierungen, die die Schrankentheoreme der Plas-tizitätstheorie als Grundlage haben. Der Vortrag diskutiert den Einfluss der Fließregel und zeigt, dass mit der Annahme von assoziierter Plastizität unter gewissen Voraussetzun-gen auf der unsicheren Seite liegende Grundbruchlasten errechnet werden.

15:30 Uhr Pause

16:15 Uhr Gekoppelte CFD-DEM-Simulation zum Verflüs-sigungsverhalten gesättigter sandiger BödenManuela Kanitz M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe (Technische Universität Hamburg)

Ausgeprägte Porenwasserströmungen durch gesättigte tragfähige Böden können zur Verflüssigung des Bodenkör-pers führen und somit zum Versagen mariner geotechni-scher Strukturen. Die gekoppelte CFD-DEM Methode bietet die Möglichkeit, die Wechselwirkung der Bodenpartikel mit dem Fluid durch numerische Simulationen zu untersuchen. Es werden experimentelle Ergebnisse zur Verflüssigung an einer gesättigten Bodensäule mit den numerischen Ergeb-nissen der gekoppelten CFD-DEM verglichen und analysiert.

16:40 Uhr Numerische Simulation von Drucksondierungen in schluffigen Böden mittels PFEM Dipl.-Ing. Laurin Hauser (Universität Graz)

Bei In-situ-Erkundungsmethoden, wie beispielsweise der Drucksondierung, werden bodenmechanische Parameter basierend auf Korrelationen abgeleitet. In schluffigen Bö-den sind Letztere im Hinblick auf teildrainiertes Verhalten nach wie vor mit Unsicherheiten behaftet. Die numerische Simulation des Eindringvorgangs einer solchen Drucksonde mittels Particle Finite Element Method (PFEM) unter Be-rücksichtigung von großen Verformungen und Teildrainage trägt dazu bei, das Systemverhalten zu verstehen und die maßgebenden Einflussfaktoren auf die In-situ-Messgrößen zur Verbesserung der Korrelationen zu identifizieren.

17:05 Uhr Modellierung von großen Deformationen des Boden-Bauwerk-Kontakts in expliziten numeri-schen SimulationenAss. Prof. Dr.-Ing. Hans Henning Stutz (Aarhus University, Dänemark)Fai Su, M.Sc., Prof. Zhongxuan Yang (Zhejiang University, China)

Die Modellierung des Boden-Bauwerk-Kontakts wird oftmals mittels vereinfachter Coulomb-Reibungsmodelle durchge- führt. Diese Modelle sind nicht in der Lage, die volumetri-schen Dehnungen zu erfassen, und können die Spannungs-änderungen im Kontakt nicht abbilden. Neuere hypoplasti-sche Kontaktbeschreibungen sind dazu in der Lage. In dem Vortrag wird diese Entwicklung im Hinblick auf explizite Berechnungen vorgestellt. Anhand ausgewählter Beispiele werden der Einfluss und die Möglichkeiten dieses Modells demonstriert.

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17:30 Uhr Zuverlässigkeitsbewertung in der GeotechnikDr.-Ing. Wolfgang Betz, Dr. Iason Papaioannou Prof. Daniel Straub (Eracons GmbH, München) Dr.-Ing. Holger Heidkamp M. Sc. (SOFiSTiK AG, Oberschleißheim)

Bodenparameter in der Geotechnik sind mit vergleichswei-se großen Unsicherheiten behaftet. Diese können in einem vollständig probabilistischen Sicherheitsnachweis umfas-send und ortsspezifisch abgebildet werden. Solch ein pro-babilistischer Ansatz kann im Vergleich zum klassischen Nachweis mit Teilsicherheitsbeiwerten ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial bieten. Es wird eine probabilisti-sche Bewertung exemplarisch anhand von zwei Beispielen durchgeführt: Zum einen für ein bestehendes Fundament, um zu zeigen, wie dessen Zuverlässigkeit unter Einbezug vorhandener Informationen ermittelt werden kann. Zum anderen für einen Tunnel im konventionellen Vortrieb, um die Zuverlässigkeit der Spritzbetonschale zu bewerten.

18:00 Uhr Abendessen

Programm Donnerstag, 10. Oktober 2019

08:30 Uhr Mobilisierter Erddruck auf Widerlager integraler BrückenPaul Vogel M. Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe (Technische Universität Hamburg)

Die Boden-Bauwerk-Interaktion besitzt großen Einfluss auf die Bemessung integraler Brücken. Die Steifigkeit der Hinter-füllung wird aktuell durch obere und untere Grenzwerte des Erddrucks abgebildet, wobei wichtige Parameter, wie das zyklische Spannungs-Dehnungs-Verhalten infolge Tempe-raturschwankungen, teilgesättigter Bodenverhältnisse und Verdichtungsprozesse, vernachlässigt werden. Der Einfluss dieser Parameter wird untersucht, um Empfehlungen für den Ansatz der Steifigkeit bzw. des einwirkenden Erddrucks zur Bemessung integraler Brücken abzuleiten.

08:55 Uhr Parameterstudie zum Einfluss der Boden- steifigkeit und der Wandflexibilität auf den dynamischen Erddruck Dr.-Ing. Georgios Maltidis (BAW)Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Vrettos (TU Kaiserslautern)

Die in EN 1998-5 angegebenen Formeln für die Berech-nung des dynamischen Erddrucks erfassen lediglich die beiden Grenzfälle einer nachgiebigen bzw. unnachgiebigen Stützwand und unterscheiden sich dabei um den Faktor 3. Die Ergebnisse einer ausführlichen numerischen Parame-terstudie sollen diese Lücke schließen. Der Einfluss der Wandflexibilität und der Bodensteifigkeit auf die Größe und Verteilung des dynamischen Erddrucks wird mittels der Finite-Elemente-Methode untersucht und daraus werden realitätsnahe Werte für die Dimensionierung von Stützkon-struktionen hergeleitet.

09:20 Uhr Dynamischer Erddruck auf Wände: Beispiele aus der PraxisProf. Dr.-Ing. Thomas Benz (HFT Stuttgart & Wechsel-wirkung – Numerische Geotechnik GmbH, Stuttgart) Dipl.-Ing. Andrej Mey (Wechselwirkung – Numerische Geotechnik GmbH, Stuttgart)Dipl.-Ing. (FH) Holger Jud (Smoltczyk & Partner GmbH, Stuttgart)

Der Vortrag gibt einen Überblick über Methoden, die in der Literatur für die Berechnung dynamischer Erddrücke aus Erdbebenbeschleunigungen vorgeschlagen wurden. An-hand von Beispielen aus der Praxis wird insbesondere auf die Bestimmung des dynamischen Erddrucks aus Finite-Element-Berechnungen eingegangen. Diskutiert wird hier u. a. der Einfluss des Materialmodells und der Dämpfung auf die berechneten Erddrücke. In dem betrachteten Fall einer Schwergewichtsmauer wird weiterhin die Ertüchtigung der Wand für den Lastfall Erdbeben numerisch untersucht.

09:45 Uhr Prüfung und Optimierung von bahn- dynamischen BerechnungsverfahrenDr.-Ing. Thomas Meier, Dipl.-Ing. Felix Günther (Baugrund Dresden Ingenieurgesellschaft mbH)

Der Nachweis der sogenannten „dynamischen Stabilität“ für Eisenbahnstrecken gemäß Planungshilfe der DB Netz AG, beruhend auf einer analytischen Lösung eines Balkens auf einem elastischen Halbraum von Frýba sowie iterativ durchzuführenden dynamischen 2D-FE-Analysen, wurde auf Grundlage von Feldmessungen und dynamischen drei-dimensionalen FE-Analysen unter Anwendung eines (teil)validierten FE-Modells mit zeitlich ortsveränderlichen (Rad)Lasten verglichen und bewertet. Es werden Optimierungs- und Anwendungsempfehlungen gegeben sowie weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgezeigt.

10:15 Uhr Pause

11:00 Uhr Untersuchungen zum Tragverhalten von Pfahlgruppen mit FEM anhand von zwei FallbeispielenDr.-Ing. Hatice Kaya (BBI Geo- und Umwelttechnik Ingenieurgesellschaft mbH, Hamburg) Prof. Dr.-Ing. habil. Sascha Henke (Helmut-Schmidt-Universität Hamburg / BBI)

Wie kann die FEM bei der Berechnung und Optimierung von Pfahlgruppen helfen? Anhand zweier Beispiele aus aktu-ellen Bauvorhaben werden Aspekte zu dieser Frage bzgl. der Optimierung einer Zugpfahlgruppe sowie der Berech-nungen des Trag- und Setzungsverhaltens einer komplexen Pfahlgründung erläutert.

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11:25 Uhr Numerische Untersuchungen zum Pfahlgrup-penverhalten bei Seitendruckeinwirkung in bindigen BödenDr.-Ing. Jörg Bauer (BAW)

Insbesondere in weichen, bindigen Böden müssen Pfahl-gründungen oftmals auch für quer zur Pfahlachse auftre-tende, horizontale Einwirkungen (Seitendruck) bemessen werden, die bspw. durch nebenstehende Aufschüttungen und die damit verbundenen Bodenbewegungen hervorge-rufen werden. Dabei erhalten Gruppenpfähle gemäß dem Berechnungsansatz nach EA-Pfähle eine gegenüber dem Einzelpfahl ggf. stark erhöhte Seitendruckeinwirkung, wo-hingegen in neueren Untersuchungen ein im Vergleich zum Einzelpfahl kleinerer Seitendruck festgestellt wurde. Im Rahmen dieses Beitrags werden die Ergebnisse einer um-fangreichen numerischen Parameterstudie vorgestellt, mit der das Gruppenverhalten von Pfählen unter Seitendruck-einwirkung systematisch untersucht wurde.

11:50 Uhr Pfahlbelastung in weichen, bindigen Böden infolge Seitendruck – Eignung eines fluid- mechanischen, visko-plastischen AnsatzesDenis Maier M. Sc. (BAW)

Geotechnische Ansätze können den Seitendruck auf Pfähle in weichem, bindigen Boden nur unter der Bedingung von kleinen Verformungen gut darstellen. Bei größeren Ver-schiebungen beginnt der Boden jedoch den Pfahl zu “um-

fließen” und die entstehenden Strukturen erinnern an das Verhalten eines nicht-newtonischen Bingham-Fluids. Mit-tels OpenFOAM wurde ein Bingham-Fluid-Modell auf Eig-nung für die numerische Reproduktion der Ergebnisse aus Modellversuchen an Einzelpfählen und Pfahlgruppen unter-sucht.

12:15 Uhr Zur Anwendung numerischer Verfahren bei der Berechnung von Ufereinfassungen im BestandDr.-Ing. Tim Pucker, Dr.-Ing. Evelyn Heins (Ramboll GmbH, Hamburg)

Mit Hilfe von klassischen Nachweisverfahren sind Uferwän-de im Bestand häufig nicht nachweisbar. Die Ursachen hier-für sind vielfältig, z. B. neue Normung, geänderte Kennwer-te aufgrund neuer Baugrundgutachten, Laständerungen oder Alterungsprozesse. Eine Möglichkeit, versteckte Trag-reserven zu mobilisieren, stellt die Berechnung mit numeri-schen Verfahren dar. Anhand aktueller Projekterfahrungen werden Möglichkeiten und Grenzen bei der Anwendung numerischer Verfahren zur Berechnung von Kaimauern im Bestand aufgezeigt.

12:45 Uhr Schlussworte Dipl.-Ing. Oliver Stelzer (BAW)

13:00 Uhr Ende

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