Bodenmechanik und Grundbau : das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte PDF
Preview Bodenmechanik und Grundbau : das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte
Hans-JürgenLang·JachenHuder·PeterAmann·AlexanderM.Puzrin BodenmechanikundGrundbau · Hans-Jürgen Lang Jachen Huder · Peter Amann Alexander M. Puzrin Bodenmechanik und Grundbau Das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte 8., ergänzte Auflage Mit364Abbildungenund42Tabellen 123 Prof.Hans-JürgenLang Weidstr.20 8103Unterengstringen Switzerland Prof.Dr.JachenHuder Greifenseestr.31 8603Schwerzenbach Switzerland Prof.Dr.-Ing.PeterAmann AmStettbach11 64367Mühltal Germany [email protected] Prof.Dr.AlexanderM.Puzrin ETHZürich InstitutfürGeotechnik Wolfgang-Pauli-Strasse15 8093Zürich Switzerland [email protected] BibliografischeInformationderDeutschenBibliothek DieDeutscheBibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschen Nationalbibliografie;detailliertebibliografischeDatensindimInternet über<http://dnb.ddb.de>abrufbar. ISBN978-3-540-34331-8SpringerBerlinHeidelbergNewYork ISBN3-540-43815-7 7.Aufl.Springer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork DiesesWerkisturheberrechtlichgeschützt.DiedadurchbegründetenRechte,insbeson- derediederÜbersetzung,desNachdrucks,desVortrags,derEntnahmevonAbbildungen undTabellen,derFunksendung,derMikroverfilmungoderderVervielfältigungaufan- derenWegenundderSpeicherunginDatenverarbeitungsanlagenbleiben,auchbeinur auszugsweiserVerwertung,vorbehalten.EineVervielfältigungdiesesWerkesodervon TeilendiesesWerkesistauchimEinzelfallnurindenGrenzendergesetzlichenBestim- mungendesUrheberrechtsgesetzesderBundesrepublikDeutschlandvom9.September 1965inderjeweilsgeltendenFassungzulässig.Sieistgrundsätzlichvergütungspflichtig. ZuwiderhandlungenunterliegendenStrafbestimmungendesUrheberrechtsgesetzes. SpringeristeinUnternehmenvonSpringerScience+BusinessMedia springer.de ©Springer-VerlagBerlinHeidelberg1982,1984,1985,1990,1994,1996,2003und2007 DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.in diesemWerkberechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme, dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungals freizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. SatzundHerstellung:LE-TEXJelonek,Schmidt&VöcklerGbR,Leipzig,Germany Einbandgestaltung:WMXDesignGmbH,Heidelberg 68/3100YL-54321-GedrucktaufsäurefreiemPapier Vorwort zur achten Auflage Dievorliegende8.Auflageunterscheidetsichvonder7.Auflagevon2002 nebenderBereinigungvonUnstimmigkeitenvorallemdurchdieÜberar- beitungdesKapitels9„Stabilitätsprobleme“.AnlasszudieserÜberarbei- tungwarnichtzuletztderinzwischenstattgefundeneGenerationenwech- selinderAutorenschaft.FürdieLösungderStabilitätsproblemewurdeneu dieBehandlungalsuntererundobererGrenzwertnachdenNäherungs- methodenderPlastizitätstheorieaufgenommen.DabeiwurdeWertaufdie BeibehaltungdesGrundkonzepts,nämlichderBeachtungderGenauigkeit desSystem-ModellsunddesRechen-ModellsimHinblickaufdieprakti- scheAnwendungimGrundbaugelegt(vgl.Vorwortzur1.Auflage1982). WeiterwurdendieGemeinsamkeitenderStabilitätsprobleme,nämlichdie ArtdesBruches(Scherbruch),derBruchmechanismusunddieWirkung desGrundwasserszusammenmitderUnterscheidungvonBeanspruchung undFestigkeitstärkerhervorgehoben.MitdeneingebrachtenErgänzun- genmusstedieNummerierungdesKapitels9nahezuvollständiggeändert werden.DerInhaltdesBuchesistnachAnsichtderAutorennachwievor dasGrundwisseninBodenmechanikundGrundbau,daseinuniversitär diplomierterIngenieurunabhängigvondenVeränderungenderStudien- stufenundBezeichnungderAbschlüssebeherrschensollte.DasBuchist indenPrüfungenanderETH-ZürichalsLösungshilfezugelassen.Inder OberstufedientesalsNachschlagwerkundwirddurchzusätzlicheUmdru- ckezuaktuellenThemenundForschungsergebnissenergänzt.Andieser Stelleseialljenengedankt,diebeiderÜberarbeitungmitgewirkthaben, insbesondere Herrn Prof. Puzrin für seine Anregungen und Mitarbeit, HerrnDipl.-Ing.ETHIvoSterbaundFrauDr.SophieMesserklingerfür dieÜberarbeitungderErgänzungenundKorrekturen.FrauMengiaAm- bergundFrauEstherSchillingseifürdieAusführungderZeichnungen unddesManuskriptesgedankt. Zürich,imMai2006 H.-J.Lang·J.Huder·P.Amann·A.Puzrin Vorwort zur siebten Auflage Dievorliegende7.Auflageunterscheidetsichvonder6.Auflagevon1996 neben der Bereinigung von Unstimmigkeiten vor allem durch die Auf- nahmezusätzlicherAbschnittezurWasserhaltung(Kapitel7.2und7.11) unddievollständigeNeufassungdesAbschnittes14.5zudenallgemeinen RandbedingungendesaktivenundpassivenErddruckes.DurchLetzteres konntendieTabellenIbisKentfallen,weildieBerechnungvonErddruck- beiwertenausdenangegebenenGleichungenleichtüberdiehandelsüb- lichen Taschenrechner bewerkstelligt werden kann. Die Sammlung von Anwendungs-undBerechnungsbeispielenwurdendementsprechender- gänztundeinweitereszurStabilitäteinerFelsböschunghinzugefügt.Die ErgänzungenentstammenderProjekterfahrungderAutorenundwurden fürdenAbdruckvereinfacht,wobeiimUnterrichtaufdieGesamtproble- matikausführlicheingegangenwird.Schliesslichwurdenauspädagogi- schenGründendiejenigenTextstellenstärkergekennzeichnet,beidenen die im Bauwesen Tätigen von sich aus zwischen totalen und effektiven Spannungen zu unterscheiden wissen. Diese Unterscheidung wird be- kanntlich in der Praxis (und teilweise auch im Buch) aus Gründen der Vereinfachungnichtimmerkonsequentdurchgeführt. DasBuchwirdfürdenUnterrichtinderGrundstufeeingesetztundistin denPrüfungenanderETHalsLösungshilfezugelassen.InderOberstufe dient es als Nachschlagwerk und wird durch zusätzliche Umdrucke zu aktuellenThemenergänzt. AndieserStelleseialljenengedankt,diebeiderÜberarbeitungmitgewirkt haben,insbesondereFrauProf.SpringmanfürihreAnregungenundden Herren Prof. Felix Bucher, Dr. Markus von Moos und Dipl.-Ing. Carlo ScapozzafürdieÜberarbeitungderErgänzungenundKorrekturen.Frau MengiaAmbergundFrauMonicaDekanovskyseifürdieAusführungder ZeichnungenunddesManuskriptesgedankt. Zürich,imAugust2002 H.-J.Lang·J.Huder·P.Amann Vorwort zur sechsten Auflage Dievorliegende6.Auflageunterscheidetsichgegenüberder5.Auflagevon 1994nebenderBereinigungvonUnstimmigkeitenhauptsächlichdurchdie AufnahmevonzweineuenKapiteln. DasneueKapitel16„BodenundFels“enthälteineEinführung,dieden Studierenden des Bauingenieurwesens an der ETH Zürich im Rahmen derVorlesung„GrundlagenBodenmechanik/GrundbauII“(4.Semester) alsVorbereitungaufdieweiterführendenLehrveranstaltungenüberFels- mechanik/FelsbausowieGrund-undFelsbaugegebenwird.Zweckdieser Vorbereitung ist es vor allem, die engen Bezüge zwischen der Behand- lungvonProblemengrund-undfelsbaulicherArtaufzuzeigen,aberauch die Besonderheiten von Fels gegenüber den Lockergesteinen herauszu- stellen. DasneueKapitel17„Beispiele“sollesdenStudierendendes3.und4.Se- mesterserleichtern,dieindenKapiteln1bis14dargestelltenSachverhalte zu verstehen. Dies soll durch Beispiele erreicht werden, in denen be- stimmteÜberlegungen(auchzahlenmässig)besprochenwerden.DerSinn bestehtvorallemauchdarin,dassdieStudierendeninnachvollziehbarer Art eigene Überlegungen kontrollieren können. Das Kapitel 17 ersetzt Unterlagen,diebisherseparatzudenLehrveranstaltungen„Grundlagen Bodenmechanik/Grundbau I und II“ abgegeben wurden. Klar ist, dass solcheBeispielebeigrundbaulichenFragendurchausauchproblematisch seinkönnen,weilesimRahmeneinesLehrbucheswedermöglichnoch sinnvollist,aufalledenkbarenVerzweigungenderbehandeltenSachver- halte einzugehen. Die Autoren verweisen deshalb ausdrücklich auf den Abschnitt17.0„Einführung“. Zürich,imFebruar1996 H.-J.Lang·J.Huder·P.Amann Vorwort zur ersten Auflage Das vorliegende Buch entspricht im Wesentlichen, jedoch mit einigen Ergänzungen,denVorlesungenüberBodenmechanikundGrundbauim GrundstudiumderAbteilungfürBauingenieurwesenundteilweiseauch derjenigen für Kulturtechnik der Eidgenössischen Technischen Hoch- schuleinZürich(ETHZ),wiesievonLanggehaltenwerden.DieseLehr- veranstaltungen haben im Laufe der Zeit die üblichen Wandlungen er- fahren, bis die hier vorliegende Konzeption eines Grundkurses Boden- mechanik/Grundbauentstandenwar.DieseLehrveranstaltungensindmit insgesamt144StundenVorlesungenundÜbungendotiert.DaderSchwer- punkt der Vorlesungen schon im 3. und 4. Semester liegt, sind die vor- aussetzbarenGrundlageneingeschränkt,wassichinderBehandlungdes Stoffeswiderspiegelt.DieAutorenbetrachtendiesenGrundkursalsdieje- nigeBasisinformationüberdasVerhaltenvonBödenunddiewichtigsten grundbaulichenKonzepte,welcheanalleStudierendendesBauingenieur- wesens und womöglich auch der Kulturtechnik herangetragen werden sollte.DavonunberührtbleibenselbstverständlichweiterführendeLehr- veranstaltungenimVertiefungsstudium. DieBegriffeBodenmechanikundGrundbausinduntrennbar,undeser- scheint nicht sinnvoll, eine gegenseitige Abgrenzung suchen zu wollen. DerGrundkurssollesermöglichen,denStudierendenanfolgendeZiele zuführen: —diegrundsätzlichenFolgenvonEingriffenindenBodenzuerkennen, —diewichtigstenbodenmechanisch/grundbaulichenKonzeptezuverste- hen, —dieProblemedortzuerkennen,wosiemitihremSchwerpunktwirklich liegen, —einfache grundbauliche Probleme selbständig beurteilen zu können, und —vorallemaucherkennenzukönnen,wanndieeigenenFähigkeitendies nichtmehrzulassen. Das Hauptproblem an grundbaulichen Aufgaben ist häufig die Unein- heitlichkeitundKompliziertheitderdurchdieNaturgegebenenRandbe- dingungen, wie z.B. Aufbau des Bodens und dessen hydrologische Ver- hältnisse.DieseSchwierigkeitkannnurdurcheinevernünftigeVereinfa- chungzueinemModellüberwundenwerden;einerderanspruchsvollsten AspektegrundbaulicherProbleme.„Vernünftig“imZusammenhangmit derModellbildungheisst,dassdasModelleinerseitseinfachgenugist,um praktikabelzusein,andererseitsaberdochindenwirklichmassgebenden Vorwort IX PunktendieNaturrepräsentiert.DieseModellbildungkannmannichtaus BücherninallgemeinerFormlernen;hierhilftnurdiePraxisimkonkre- ten Fall weiter. Dennoch setzt dieses Buch in seinen einzelnen Kapiteln oftmalsstillschweigendeinvernünftigesModellvoraus. Zum Entstehen dieses Buches haben Frau Th. Frei und Frau H. Gehri beigetragen.IhnenseiandieserStelleherzlichgedankt. Zürich,imMärz1982 H.-J.Lang·J.Huder Inhaltsverzeichnis 1 Grundbegriffe 1 1.1 Einführung................................................................. 1 1.2 DieKorngrössenverteilung............................................ 1 1.3 DieKenngrössendesNaturzustandes............................. 3 1.4 Weitere,abgeleiteteKenngrössen................................... 3 1.5 DieLagerungsdichteD................................................. 4 1.6 DerDurchlässigkeitsbeiwertk....................................... 4 1.7 DiePlastizitätseigenschaftenderBöden.......................... 6 1.8 DieLiquiditätszahlI ................................................... 6 L 1.9 DieAktivitätszahlI .................................................... 8 A 1.10 DieStrukturderBöden................................................ 8 1.11 KlassifikationderBöden............................................... 10 2 TotaleundeffektiveSpannungen 13 2.1 Einführung................................................................. 13 2.2 Spannungenimelastisch-isotropenHalbraum................. 13 2.3 TotaleSpannung,Porenwasserdruck undeffektiveSpannung................................................ 15 2.4 SpannungsänderungenundPorenwasserüberdruck.......... 17 2.5 PorenwasserdruckimteilweisegesättigtenBoden............. 19 2.6 Spannungsverhältnisseinunbelasteten undbelastetengeschichtetenBöden............................... 20 2.7 DerRuhedruck............................................................ 22 2.8 SpannungendurchKapillarkräfte................................... 23 3 SpannungsausbreitungimBoden 25 3.1 Einführung................................................................. 25 3.2 EinflusseinervertikalenEinzelkraftP............................. 26 3.3 EinflusseinerhorizontalenEinzelkraftH........................ 28 3.4 EinflussvonLinienlasten.............................................. 29 3.5 UnendlichlangeStreifenlasten....................................... 29 3.6 AllgemeineFlächenlasten............................................. 31 3.7 BerechnungmitHilfstafeln............................................ 33 3.8 BerechnungmitEinflusskarten...................................... 33 3.9 RandbedingungeninderNatur...................................... 35 4 KünstlicheVerdichtungvonBöden 37 4.1 Einführung................................................................. 37 4.2 DieZustandsdarstellung............................................... 38 4.3 DieProctorkurve......................................................... 38 4.4 EinflussderBodenart................................................... 39 XII Inhaltsverzeichnis 4.5 EigenschaftendesverdichtetenBodens........................... 40 4.6 Verdichtungskontrolle.................................................. 42 4.7 BeurteilungderBrauchbarkeitgegebenerBöden alsDammschüttmaterial............................................... 43 4.8 BödenmitÜberkorn.................................................... 43 4.9 BeeinflussungdesWassergehaltes.................................. 45 4.10 AuswirkungenderVerdichtung aufdenSpannungszustandimBoden............................. 46 4.11 MaschinelleVerdichtung............................................... 48 5 FormänderungseigenschaftenderBöden 49 5.1 DasVerhalteneineselastischenMaterialsundvonBöden.. 49 5.2 DerZusammendrückungsmodulM bzw.E E v undderSteifemodulE ................................................. 51 s 5.3 DerÖdometerversuch: DasZusammendrückungsdiagramm.............................. 52 5.4 DerKompressionsbeiwertC ......................................... 53 c 5.5 NormalundüberkonsolidierteBöden............................. 54 5.6 DieZeit-Setzungs-KurveausdemÖdometerversuch......... 55 5.7 DerKonsolidationsgradU............................................. 56 5.8 DieKonsolidationstheorie............................................. 56 5.9 DieVerteilungderPorenwasserüberdrücke innerhalbderkonsolidierendenTonschicht..................... 60 5.10 NäherungsverfahrenfürbeliebigeRandbedingungen........ 61 5.11 DieBestimmungdesDurchlässigkeitsbeiwertesk vongesättigtenTonen................................................... 63 5.12 MehrdimensionaleKonsolidation................................... 63 5.13 Mehrschichtprobleme................................................... 65 5.14 NichtplötzlicheBelastung.............................................. 66 5.15 BeschleunigungdesKonsolidationsvorganges.................. 67 5.16 KontrollendesKonsolidationsvorganges......................... 68 5.17 Deformationen,derenVerlaufnichtmittels derKonsolidationstheorieermitteltwerdenkann............. 68 6 FestigkeitseigenschaftenderBöden 71 6.1 Einführung................................................................. 71 6.2 DasBruchgesetzvonMohr-Coulomb.............................. 71 (cid:2) 6.3 DieDarstellungdesBruchkriteriumsimp,q-Diagramm... 72 6.4 VersuchezurexperimentellenErmittlung derScherparameter...................................................... 73 6.5 DasPrinzipdestriaxialenScherversuches....................... 75 6.6 DertriaxialeKD-Versuch.............................................. 75 6.7 DertriaxialeKU-Versuch.............................................. 75 6.8 ScherfestigkeitkörnigerBöden...................................... 77 6.9 ScherfestigkeitbindigerBöden(Tone)............................ 79 6.10 Grenzgleichgewichtszustände........................................ 81 6.11 ScherdeformationenvonBöden..................................... 83 ϕ(cid:2) 6.12 AbschätzendesScherwinkels ..................................... 85 7 EinflüssedesGrundwassersimBoden 87 7.1 DasStrömungsnetz...................................................... 87 7.2 DieBestimmungdesk-Wertes....................................... 89
The list of books you might like
