BHW-545 Bodenmechanik und Grundbau
Folgende Themen werden u.a. in diesem Modul behandelt:
Inhaltsverzeichnis
Baugrunderkundung und Bodenklassifikation
Rammkernsondierung und Entnahme von Bodenproben.
Um die Eigenschaften des anstehenden Baugrundes in Erfahrung zu bringen, sind Baugrunderkundungen sowie Laborversuche zur Bodenklassifizierungen notwendig. Die Baugrunderkundung kann direkt z.B. mittels Bohrungen oder Schürfungen zur Gewinnung von Probenmaterial oder indirekt mittels Sondierungen (z.B. Ramm-/Drucksondierung) erfolgen.
Im Labor lässt sich ein Boden der Kategorie der feinkörnigen bzw. grobkörnigen Böden zuordnen. Zu den grobkörnigen Böden gehören Kiese und Sande. Schluffe und Tone sind feinkörnige Böden. Mit Hilfe von Siebungen, Schlämmanalysen und Indexversuchen wird die Klassifizierung im Labor durchgeführt. In der Vorlesung und Übung werden verschiedene Klassifikationsversuche behandelt und ausgewertet.
Laborversuche
Laborversuche dienen der Bestimmung von Bodeneigenschaften. Ein Versuch zur Bestimmung der Kompressionseigenschaften von Böden ist der Ödometerversuch. Hierbei handelt es sich um einen einaxialen Druckversuch, d.h. die Bodenprobe kann sich infolge einer Auflast nur in vertikaler Richtung verschieben. Während des Versuches wird die verwendete Auflast schrittweise erhöht und die auftretenden Setzungen werden gemessen. Aus Auflast und Setzung können Spannungen und Dehnungen, sowie die Steifigkeit der Bodenprobe ermittelt werden.
Links: Einbau Ödometerversuch. Mitte: Ödometertopf im Versuchsstand. Rechts: Prinzipskizze Ödometerversuch.
Versuche zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Bodenproben sind z.B. Rahmenscher- und Triaxialversuche. Hierbei wird für eine vorgegeben Belastung die maximal aufnehmbare Schubspannung der Bodenprobe ermittelt. Anhand der Ergebnisse für verschiedene Belastungen kann das Scherverhalten des Bodens charakterisiert werden. Dies bildet eine Grundlage z.B. für die Berechnung der Böschungsstandsicherheit.
Spannungen im Boden
Horizontal- und Vertikalspannungsverteilung im Wasser und im Boden.
Für die Berechnung von Setzungen oder die Ermittlung von Erddruckkräften auf eine Stützmauer bedarf es der Bestimmung der Spannungsverteilung im Boden. Mit zunehmender Tiefe nimmt die Spannung, d.h. die Kraft, die auf einen Punkt im Boden infolge der Überlagerung der Erdmassen wirkt, zu.
Im Gegensatz zu vielen anderen Baustoffen ist das Verhalten zwischen Spannung und Dehnung nicht-linear. Für kleine Spannungen verhält sich der Boden relativ weich, für große Spannungen verhältnismäßig steif. Dieser Aspekt ist bei der Berechnung von Setzungen von großer Bedeutung.
Standsicherheit von Böschungen
Potentieller Versagensmechanismus einer Böschung sowie haltende und treibende Kräfte an einer Lamelle.
Bei der analytischen Bestimmung der Standsicherheit einer Böschung wird zunächst eine potentielle Gleitfläche, d.h. ein Versagensmechanismus, festgelegt. Durch den Vergleich von treibenden und haltenden Kräften im Böschungssystem lässt sich eine Sicherheit gegen das Abrutschen der Böschung ermitteln. Zu den treibenden Kräften gehören das Eigengewicht des Bodens aber auch Auflasten wie z.B. Bebauungen. Die haltenden Kräfte sind die inneren Reibungskräfte im Boden, welche sich mit Hilfe von Scherversuchen bestimmen lassen. Zu den haltenden Kräften gehören bspw. aber auch wirkende Kräfte durch Anker. Im Rahmen der Vorlesung werden verschiedene Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Böschungsstandsicherheit behandelt und bewertet.
Setzungen
Ungleichmäßige Setzungen unter einem Bauwerk infolge verschiedener Bodeneigenschaften.
Durch Bebauungen werden Lasten in den Untergrund eingetragen. Diese verursachen Setzungen. Um Schäden am Gebäude zu vermeiden dürfen die Setzungen einen vorher festgelegten Wert nicht überschreiten bzw. darf der Setzungsunterschied unter einem Bauwerk nicht zu groß werden. Grundlage für die Berechnung der Setzungen unter Gebäuden ist die Kenntniss des Kompressionsverhaltens von Böden. In der Vorlesung werden die nicht-lineare Spannungsverteilung infolge einer Auflast sowie die sich daraus ergebende Setzung behandelt.
Erddruck
Aktivierung des aktiven Erddrucks infolge Wandverschiebung.
Für die Dimensionierung von Stützwänden oder Baugrubenverbauten ist es notwendig die Spannung welche der Boden auf das Bauwerk ausübt zu kennen. Dieser sog. Erddruck ist abhängig von der Verformung des Bauwerkes, dem Reibungswinkel des Bodens und der Reibung zwischen Bauwerk und Erdreich, der Auflast sowie geometrischen Eigenschaften wie der Neigung der Geländeoberkante oder der Stützmauer. In der Vorlesung werden die Grundlagen des Erddruckes in Beispielen behandelt.
Flach- und Tiefgründungen von Bauwerken
Pfahl- und Flachgründungen im Vergleich.
Bei geringen Lasten, die in den Baugrund abgetragen werden wie z.B. bei Einfamilienhäusern, sind Flachgründungen mittels Fundamentplatten ausreichend. Um bei höheren Auflasten ein Versagen unter dem Fundament zu verhindern, können Tiefgründungen mit Hilfe von Pfählen durchgeführt werden. In der Vorlesung wird auf die verschiedenen Versagensarten für Flach- und Tiefgründungen sowie die entsprechenden Standsicherheitsnachweise eingegangen.
Alle benötigten Lehrunterlagen, Termine sowie Informationen zur Prüfung befinden sich auf Opal.
wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. (FH) Claudia Bräunig
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
Besuchsadresse:
Neuffer-Bau (NEU), NEU 105 George-Bähr-Str. 1a
01069 Dresden
Bei Fragen zur Lehrveranstaltung wenden Sie sich bitte an die verantwortliche Mitarbeiterin (siehe Kontaktbox).
Die Modulbeschreibung für den Bachelorstudiengang Hydrowissenschaften.