Einführung in die Boden- und Felsmechanik - Grundlagen und Berechnungen
von: Jens Engel, Carsten Lauer
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2017
ISBN: 9783446453180
Sprache: Deutsch
251 Seiten, Download: 21886 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 6 | ||
Inhalt | 8 | ||
1 Einführung: Aufgaben und Ziele der Bodenmechanik | 14 | ||
1.1 Entwurf eines Bauwerks – Rolle der Geotechnik im Bauingenieurwesen | 14 | ||
1.2 Boden- und Felsmechanik als Teil des Bauingenieurwesens | 16 | ||
1.3 Beispiel für ein Bauprojekt: Beschreibung | 17 | ||
2 Geologische Grundlagen | 20 | ||
2.1 Nutzen geologischer Informationen für Bauprojekte | 20 | ||
2.2 Allgemeine geologische Grundlagen | 22 | ||
2.2.1 Aufbau der Erde im Überblick | 22 | ||
2.2.2 Geologische Zeitrechnung | 24 | ||
2.3 Hydrogeologische Grundlagen | 29 | ||
2.3.1 Kreislauf des Wassers, Bilanzgleichung | 29 | ||
2.3.2 Wasser im Untergrund | 30 | ||
2.3.3 Grundwasserleiter | 31 | ||
2.3.4 Quellen | 33 | ||
2.4 Minerale | 33 | ||
2.4.1 Systematik der Minerale | 34 | ||
2.4.2 Mineralbestimmung auf Grundlage physikalischer Eigenschaften | 38 | ||
2.4.3 Gesteinsbildende Minerale | 40 | ||
2.5 Gesteine | 40 | ||
2.5.1 Kreislauf der Gesteine | 41 | ||
2.5.2 Gesteinsarten – Überblick | 42 | ||
2.5.2.1 Magmatische Gesteine | 42 | ||
2.5.2.2 Sedimentgesteine | 43 | ||
2.5.2.3 Metamorphite | 45 | ||
3 Baugrund (Gebirge) | 47 | ||
3.1 Fels | 47 | ||
3.1.1 Gesteinsbestimmung | 47 | ||
3.1.1.1 Struktur | 47 | ||
3.1.1.2 Textur | 48 | ||
3.1.1.3 Gesteinsbestimmung an Handstücken | 48 | ||
3.1.2 Gestein-Fels-Gebirge | 52 | ||
3.1.3 Benennung und Beschreibung von Fels | 52 | ||
3.1.3.1 Benennung und Beschreibung des Gesteins | 53 | ||
3.1.3.2 Verwitterungsgrad | 55 | ||
3.1.3.3 Trennflächengefüge | 55 | ||
3.1.4 Gebirgsklassifizierung mit dem Q-System (Quality-System) | 57 | ||
3.1.5 Berechnung von Gebirgskennwerten, Gebirgsklassifizierung GSI | 60 | ||
3.2 Böden (Lockergesteine) | 63 | ||
3.2.1 Unterscheidungskriterien | 63 | ||
3.2.2 Benennung und Beschreibung | 65 | ||
4 Erkundung und Untersuchung von Boden und Fels in situ | 68 | ||
4.1 Vorbereitung, Planung | 68 | ||
4.1.1 Grundlagen – Aufgabenstellung | 68 | ||
4.1.2 Planungshinweise, Informationsquellen | 70 | ||
4.1.3 Geologische Karten | 71 | ||
4.2 Baugrunderkundung | 73 | ||
4.2.1 Geotechnische Kategorien | 74 | ||
4.2.2 Umfang der Erkundung | 75 | ||
4.2.3 Erkundungsarten | 79 | ||
4.2.3.1 Direkte Aufschlüsse, Probenahme | 79 | ||
4.2.3.2 Indirekte Verfahren: Sondierungen | 84 | ||
5 Kennwerte von Boden und Fels | 88 | ||
5.1 Klassifikationskennwerte | 88 | ||
5.1.1 Stoffbestand | 88 | ||
5.1.1.1 Phasenzusammensetzung | 88 | ||
5.1.1.2 Beimengungen | 94 | ||
5.1.1.3 Korngrößenverteilung | 95 | ||
5.1.2 Stoffzustand: Grenzwerte des Stoffbestands | 98 | ||
5.1.2.1 Konsistenzgrenzen bindiger Böden | 99 | ||
5.1.2.2 Grenzen der Lagerungsdichte | 103 | ||
5.1.3 Klassifizierung – Bodengruppen nach DIN 18196 | 104 | ||
5.2 Gütekontrolle im Erdbau, Verdichtung | 106 | ||
5.2.1 Proctorkennwerte | 106 | ||
5.2.2 Verdichtungskontrolle | 107 | ||
5.3 Mechanische und hydraulische Größen | 111 | ||
5.3.1 Strömung | 111 | ||
5.3.2 Spannungen und Kräfte | 112 | ||
5.3.2.1 Mohrscher Kreis | 112 | ||
5.3.2.2 Wirksame Spannung | 113 | ||
5.3.2.3 Eigengewicht des Bodens | 115 | ||
5.3.3 Verformungsmaße | 116 | ||
5.4 Durchlässigkeit | 117 | ||
5.4.1 Grundlagen | 117 | ||
5.4.2 Experimentelle Bestimmung des Durchlässigkeitsbeiwerts | 118 | ||
5.5 Scherfestigkeit | 123 | ||
5.5.1 Grundlagen | 123 | ||
5.5.1.1 Bruchbedingung | 123 | ||
5.5.1.2 Einflüsse auf ? und c | 126 | ||
5.5.2 Experimentelle Ermittlung | 129 | ||
5.5.2.1 Direktscherversuch | 129 | ||
5.5.2.2 Einaxiale Druckfestigkeit | 130 | ||
5.5.2.3 Triaxialversuch | 130 | ||
5.6 Zusammendrückbarkeit | 133 | ||
5.6.1 Grundlagen | 133 | ||
5.6.2 Druck-Setzungs-Linie: Kennwertansätze | 134 | ||
5.6.3 Zeit-Zusammendrückungs-Verhalten | 138 | ||
5.6.4 Experimentelle Bestimmung - Ödometerversuch | 143 | ||
5.6.5 Plattendruckversuch | 144 | ||
5.7 Klassifizierungskriterien | 145 | ||
5.7.1 Homogenbereiche zur Leistungsbeschreibung | 146 | ||
5.7.2 Frostempfindlichkeit | 147 | ||
5.8 Mittlere Kennwerte, Korrelationen | 151 | ||
5.8.1 Näherungen für nichtbindige Böden | 151 | ||
5.8.2 Bindige Böden | 152 | ||
6 Strömung und Transport | 160 | ||
6.1 Strömungskraft | 160 | ||
6.2 Beschreibung von Strömungsfeldern | 160 | ||
6.3 Filterstabilität | 164 | ||
7 Tragfähigkeit | 166 | ||
7.1 Grundlagen | 166 | ||
7.1.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit in der Boden und Felsmechanik | 166 | ||
7.1.2 Idealisierung von Phänomenen | 166 | ||
7.1.3 Kritisches Hauptspannungsverhältnis – Grenzzustände | 167 | ||
7.2 Erddruck | 169 | ||
7.2.1 Einführung | 169 | ||
7.2.1.1 Arten des Erddrucks | 169 | ||
7.2.1.2 Erddruckneigung | 171 | ||
7.2.2 Grundlagen der Berechnung | 173 | ||
7.2.2.1 Verfahren mit Gleitflächen | 173 | ||
7.2.2.2 Untersuchung des Spannungszustands | 177 | ||
7.2.3 Aktiver Erddruck | 178 | ||
7.2.3.1 Grafische Verfahren | 179 | ||
7.2.3.2 Analytische Berechnung – Erddruckbeiwerte | 180 | ||
7.2.4 Passiver Erddruck | 188 | ||
7.2.4.1 Grundlagen der Berechnung | 188 | ||
7.2.4.2 Erdruckbeiwerte, ebener Fall | 189 | ||
7.2.4.3 Räumlicher passiver Erddruck | 194 | ||
7.2.5 Erdruhedruck | 194 | ||
7.2.5.1 Grundlagen | 194 | ||
7.2.5.2 Erddruckbeiwert K_0gh | 194 | ||
7.2.5.3 Vorbelastete Böden, Kohäsion | 195 | ||
7.2.6 Zwischenwerte, Sonderfälle des Erddrucks | 195 | ||
7.2.6.1 Mobilisierung des passiven Erddrucks | 195 | ||
7.2.6.2 Verdichtungserddruck | 198 | ||
7.2.6.3 Sonderfall – Silodruck (begrenzte Hinterfüllung) | 199 | ||
7.3 Grundbruch | 199 | ||
7.3.1 Einführung | 199 | ||
7.3.2 Ein einfacher Lösungsansatz | 200 | ||
7.3.3 Allgemeiner Berechnungsansatz | 201 | ||
7.3.3.1 Anforderungen | 201 | ||
7.3.3.2 Tragfähigkeitsbeiwerte, Grundbruchfigur | 203 | ||
7.3.3.3 Nachweisführung | 204 | ||
7.4 Standsicherheit von Böschungen, Geländebruch | 209 | ||
7.4.1 Grundlagen | 209 | ||
7.4.2 Berechnungsgrundlagen bei Gleitrutschungen | 211 | ||
7.4.2.1 Ebene Gleitfläche | 211 | ||
7.4.2.2 Kreisförmige Gleitfläche | 213 | ||
7.4.2.3 Lamellenfreie Kreisgleitfläche mit c' > 0 und ?' > 0 | 215 | ||
7.4.2.4 Beliebige Gleitflächen | 216 | ||
7.4.3 Berechnungsverfahren (Auswahl) | 217 | ||
7.4.3.1 Lamellenverfahren mit Kreisgleitflächen | 218 | ||
7.4.3.2 Starrkörperverfahren | 219 | ||
7.4.3.3 Bemessungshilfen für einfache Fälle | 220 | ||
8 Berechnung von Verformungen des Baugrunds | 222 | ||
8.1 Spannungsausbreitung im Baugrund | 222 | ||
8.1.1 Grundlagen | 222 | ||
8.1.2 Elementare Lösungen | 223 | ||
8.1.3 Berechnung der Spannungsverteilung | 226 | ||
8.2 Berechnung von Setzungen | 232 | ||
8.2.1 Einführung | 232 | ||
8.2.2 Grundlagen der rechnerischen Ermittlung | 232 | ||
8.2.3 Ermittlung der Setzungen auf Grundlage einer Druck-Setzungs-Kurve | 235 | ||
8.2.4 Berechnung der Setzung und Schiefstellung starrer Fundamente | 237 | ||
8.3 Bestimmung des Bettungsmoduls | 240 | ||
Literatur | 242 | ||
Index | 248 |