Engel / Lauer Einführung in die Boden- und Felsmechanik

Grundlagen und Berechnungen
2. Auflage 2017
ISBN: 978-3-446-45318-0
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 254 Seiten

Ingenieurgeologie sowie Boden- und Felsmechanik sind Teilgebiete der Geotechnik und bilden den Rahmen für den Inhalt des vorliegenden Buchs. Es werden die Grundlagen für die Vorhersage der Wechselwirkung zwischen Bauwerk und Baugrund behandelt. Dies umfasst die Beschreibung der Zusammensetzung des Baugrunds, seiner Entstehungsgeschichte, die Bestimmung der erforderlichen mechanischen und hydraulischen Kennwerte sowie Berechnungsverfahren für rechnerische Prognosen. Zur besseren Veranschaulichung wird ein Beispielprojekt eingeführt. Die Übungsbeispiele beziehen sich auf dieses fiktive Bauvorhaben.Das Buch richtet sich vor allem an Studierende des Bauingenieurwesens, soll aber auch dem praktisch tätigen Ingenieur Anregungen bieten und enthält viele Arbeitsmittel, die die Bearbeitung unterschiedlicher Aufgabenstellungen erleichtern. Die Planung und Berechnung der eigentlichen konstruktiven Lösung wird in den Fächern Grund-, Erd- und Dammbau behandelt und ist Gegenstand eines weiteren Bands, das in dieser Reihe erschienen ist. In diesem wird auf den Grundlagen des vorliegenden Buchs aufgebaut und das Beispielprojekt bezüglich der gründungstechnischen Konstruktionen vertieft.In der zweiten Auflage wurden die Berechnungen und Beispiele auf die aktuellen Normen umgestellt. Weiter wurden Beispiele ausgetauscht und weitere hinzugefügt.

Autoren/Hrsg.

Engel, Jens

Lauer, Carsten

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhalt;8
3;1 Einführung: Aufgaben und Ziele der Bodenmechanik;14
3.1;1.1 Entwurf eines Bauwerks – Rolle der Geotechnik im Bauingenieurwesen;14
3.2;1.2 Boden- und Felsmechanik als Teil des Bauingenieurwesens;16
3.3;1.3 Beispiel für ein Bauprojekt: Beschreibung;17
4;2 Geologische Grundlagen;20
4.1;2.1 Nutzen geologischer Informationen für Bauprojekte;20
4.2;2.2 Allgemeine geologische Grundlagen;22
4.2.1;2.2.1 Aufbau der Erde im Überblick;22
4.2.2;2.2.2 Geologische Zeitrechnung;24
4.3;2.3 Hydrogeologische Grundlagen;29
4.3.1;2.3.1 Kreislauf des Wassers, Bilanzgleichung;29
4.3.2;2.3.2 Wasser im Untergrund;30
4.3.3;2.3.3 Grundwasserleiter;31
4.3.4;2.3.4 Quellen;33
4.4;2.4 Minerale;33
4.4.1;2.4.1 Systematik der Minerale;34
4.4.2;2.4.2 Mineralbestimmung auf Grundlage physikalischer Eigenschaften;38
4.4.3;2.4.3 Gesteinsbildende Minerale;40
4.5;2.5 Gesteine;40
4.5.1;2.5.1 Kreislauf der Gesteine;41
4.5.2;2.5.2 Gesteinsarten – Überblick;42
4.5.2.1;2.5.2.1 Magmatische Gesteine;42
4.5.2.2;2.5.2.2 Sedimentgesteine;43
4.5.2.3;2.5.2.3 Metamorphite;45
5;3 Baugrund (Gebirge);47
5.1;3.1 Fels;47
5.1.1;3.1.1 Gesteinsbestimmung;47
5.1.1.1;3.1.1.1 Struktur;47
5.1.1.2;3.1.1.2 Textur;48
5.1.1.3;3.1.1.3 Gesteinsbestimmung an Handstücken;48
5.1.2;3.1.2 Gestein-Fels-Gebirge;52
5.1.3;3.1.3 Benennung und Beschreibung von Fels;52
5.1.3.1;3.1.3.1 Benennung und Beschreibung des Gesteins;53
5.1.3.2;3.1.3.2 Verwitterungsgrad;55
5.1.3.3;3.1.3.3 Trennflächengefüge;55
5.1.4;3.1.4 Gebirgsklassifizierung mit dem Q-System (Quality-System);57
5.1.5;3.1.5 Berechnung von Gebirgskennwerten, Gebirgsklassifizierung GSI;60
5.2;3.2 Böden (Lockergesteine);63
5.2.1;3.2.1 Unterscheidungskriterien;63
5.2.2;3.2.2 Benennung und Beschreibung;65
6;4 Erkundung und Untersuchung von Boden und Fels in situ;68
6.1;4.1 Vorbereitung, Planung;68
6.1.1;4.1.1 Grundlagen – Aufgabenstellung;68
6.1.2;4.1.2 Planungshinweise, Informationsquellen;70
6.1.3;4.1.3 Geologische Karten;71
6.2;4.2 Baugrunderkundung;73
6.2.1;4.2.1 Geotechnische Kategorien;74
6.2.2;4.2.2 Umfang der Erkundung;75
6.2.3;4.2.3 Erkundungsarten;79
6.2.3.1;4.2.3.1 Direkte Aufschlüsse, Probenahme;79
6.2.3.2;4.2.3.2 Indirekte Verfahren: Sondierungen;84
7;5 Kennwerte von Boden und Fels;88
7.1;5.1 Klassifikationskennwerte;88
7.1.1;5.1.1 Stoffbestand;88
7.1.1.1;5.1.1.1 Phasenzusammensetzung;88
7.1.1.2;5.1.1.2 Beimengungen;94
7.1.1.3;5.1.1.3 Korngrößenverteilung;95
7.1.2;5.1.2 Stoffzustand: Grenzwerte des Stoffbestands;98
7.1.2.1;5.1.2.1 Konsistenzgrenzen bindiger Böden;99
7.1.2.2;5.1.2.2 Grenzen der Lagerungsdichte;103
7.1.3;5.1.3 Klassifizierung – Bodengruppen nach DIN 18196;104
7.2;5.2 Gütekontrolle im Erdbau, Verdichtung;106
7.2.1;5.2.1 Proctorkennwerte;106
7.2.2;5.2.2 Verdichtungskontrolle;107
7.3;5.3 Mechanische und hydraulische Größen;111
7.3.1;5.3.1 Strömung;111
7.3.2;5.3.2 Spannungen und Kräfte;112
7.3.2.1;5.3.2.1 Mohrscher Kreis;112
7.3.2.2;5.3.2.2 Wirksame Spannung;113
7.3.2.3;5.3.2.3 Eigengewicht des Bodens;115
7.3.3;5.3.3 Verformungsmaße;116
7.4;5.4 Durchlässigkeit;117
7.4.1;5.4.1 Grundlagen;117
7.4.2;5.4.2 Experimentelle Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwerts;118
7.5;5.5 Scherfestigkeit;123
7.5.1;5.5.1 Grundlagen;123
7.5.1.1;5.5.1.1 Bruchbedingung;123
7.5.1.2;5.5.1.2 Einflüsse auf ? und c;126
7.5.2;5.5.2 Experimentelle Ermittlung;129
7.5.2.1;5.5.2.1 Direktscherversuch;129
7.5.2.2;5.5.2.2 Einaxiale Druckfestigkeit;130
7.5.2.3;5.5.2.3 Triaxialversuch;130
7.6;5.6 Zusammendrückbarkeit;133
7.6.1;5.6.1 Grundlagen;133
7.6.2;5.6.2 Druck-Setzungs-Linie: Kennwertansätze;134
7.6.3;5.6.3 Zeit-Zusammendrückungs-Verhalten;138
7.6.4;5.6.4 Experimentelle Bestimmung - Ödometerversuch;143
7.6.5;5.6.5 Plattendruckversuch;144
7.7;5.7 Klassifizierungskriterien;145
7.7.1;5.7.1 Homogenbereiche zur Leistungsbeschreibung;146
7.7.2;5.7.2 Frostempfindlichkeit;147
7.8;5.8 Mittlere Kennwerte, Korrelationen;151
7.8.1;5.8.1 Näherungen für nichtbindige Böden;151
7.8.2;5.8.2 Bindige Böden;152
8;6 Strömung und Transport;160
8.1;6.1 Strömungskraft;160
8.2;6.2 Beschreibung von Strömungsfeldern;160
8.3;6.3 Filterstabilität;164
9;7 Tragfähigkeit;166
9.1;7.1 Grundlagen;166
9.1.1;7.1.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit in der Boden und Felsmechanik;166
9.1.2;7.1.2 Idealisierung von Phänomenen;166
9.1.3;7.1.3 Kritisches Hauptspannungsverhältnis – Grenzzustände;167
9.2;7.2 Erddruck;169
9.2.1;7.2.1 Einführung;169
9.2.1.1;7.2.1.1 Arten des Erddrucks;169
9.2.1.2;7.2.1.2 Erddruckneigung;171
9.2.2;7.2.2 Grundlagen der Berechnung;173
9.2.2.1;7.2.2.1 Verfahren mit Gleitflächen;173
9.2.2.2;7.2.2.2 Untersuchung des Spannungszustands;177
9.2.3;7.2.3 Aktiver Erddruck;178
9.2.3.1;7.2.3.1 Grafische Verfahren;179
9.2.3.2;7.2.3.2 Analytische Berechnung – Erddruckbeiwerte;180
9.2.4;7.2.4 Passiver Erddruck;188
9.2.4.1;7.2.4.1 Grundlagen der Berechnung;188
9.2.4.2;7.2.4.2 Erdruckbeiwerte, ebener Fall;189
9.2.4.3;7.2.4.3 Räumlicher passiver Erddruck;194
9.2.5;7.2.5 Erdruhedruck;194
9.2.5.1;7.2.5.1 Grundlagen;194
9.2.5.2;7.2.5.2 Erddruckbeiwert K_0gh;194
9.2.5.3;7.2.5.3 Vorbelastete Böden, Kohäsion;195
9.2.6;7.2.6 Zwischenwerte, Sonderfälle des Erddrucks;195
9.2.6.1;7.2.6.1 Mobilisierung des passiven Erddrucks;195
9.2.6.2;7.2.6.2 Verdichtungserddruck;198
9.2.6.3;7.2.6.3 Sonderfall – Silodruck (begrenzte Hinterfüllung);199
9.3;7.3 Grundbruch;199
9.3.1;7.3.1 Einführung;199
9.3.2;7.3.2 Ein einfacher Lösungsansatz;200
9.3.3;7.3.3 Allgemeiner Berechnungsansatz;201
9.3.3.1;7.3.3.1 Anforderungen;201
9.3.3.2;7.3.3.2 Tragfähigkeitsbeiwerte, Grundbruchfigur;203
9.3.3.3;7.3.3.3 Nachweisführung;204
9.4;7.4 Standsicherheit von Böschungen, Geländebruch;209
9.4.1;7.4.1 Grundlagen;209
9.4.2;7.4.2 Berechnungsgrundlagen bei Gleitrutschungen;211
9.4.2.1;7.4.2.1 Ebene Gleitfläche;211
9.4.2.2;7.4.2.2 Kreisförmige Gleitfläche;213
9.4.2.3;7.4.2.3 Lamellenfreie Kreisgleitfläche mit c' > 0 und ?' > 0;215
9.4.2.4;7.4.2.4 Beliebige Gleitflächen;216
9.4.3;7.4.3 Berechnungsverfahren (Auswahl);217
9.4.3.1;7.4.3.1 Lamellenverfahren mit Kreisgleitflächen;218
9.4.3.2;7.4.3.2 Starrkörperverfahren;219
9.4.3.3;7.4.3.3 Bemessungshilfen für einfache Fälle;220
10;8 Berechnung von Verformungen des Baugrunds;222
10.1;8.1 Spannungsausbreitung im Baugrund;222
10.1.1;8.1.1 Grundlagen;222
10.1.2;8.1.2 Elementare Lösungen;223
10.1.3;8.1.3 Berechnung der Spannungsverteilung;226
10.2;8.2 Berechnung von Setzungen;232
10.2.1;8.2.1 Einführung;232
10.2.2;8.2.2 Grundlagen der rechnerischen Ermittlung;232
10.2.3;8.2.3 Ermittlung der Setzungen auf Grundlage einer Druck-Setzungs-Kurve;235
10.2.4;8.2.4 Berechnung der Setzung und Schiefstellung starrer Fundamente;237
10.3;8.3 Bestimmung des Bettungsmoduls;240
11;Literatur;242
12;Index;248

Über Autor(innen)

Prof. Engel hält Vorlesungen zur Geotechnik an der Hochschule für Technik (HTW) in Dresden, Herr Lauer leitet das zugehörige Geotechnik-Labor.