Einführung in die Boden- und Felsmechanik (eBook)

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

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 ?' >
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