Erddruck E-Book

Achim Hettler

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 554

Veröffentlichungsjahr: 2019

Beschreibung

Das Thema Erddruck gehört zu den ältesten und umfangreichsten Kapiteln der Bodenmechanik und des Grundbaus und ist eine der Säulen des konstruktiven Ingenieurbaus. Eingangs wird die Entwicklung der Erddrucktheorie ausführlich beschrieben. Die Darstellungen reichen von den ersten Ansätzen der Erddruckbestimmung über kontinuumsmechanische Erddruckmodelle bis zur Integration der Erddruckforschung in das disziplinäre Gefüge der Geotechnik. Der Hauptteil des Buches umfasst eine Auswahl aktueller Berechnungsgrundlagen. Ziel ist es, den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung zu stellen. Um das theoretische Verständnis zu wecken, werden zunächst die wesentlichen Grundlagen zur Ermittlung des Erddrucks vorgestellt. Anschließend werden die für die Praxis wichtigsten Verfahren zum aktiven und passiven Erddruck sowie zum Erdruhedruck behandelt. Dabei werden auch räumliche Wirkungen berücksichtigt. Ein Anliegen ist es, in knapper Form auch Hinweise zu nicht alltäglichen Fragestellungen zu geben und auf weiterführende Literatur zu verweisen. In den letzten Jahren ist immer mehr die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks in den Blickpunkt getreten. Dies betrifft nicht nur den passiven, sondern auch den aktiven Fall. An den DIN-Ausschuss "Berechnungsverfahren" wurden immer wieder Fragen herangetragen. Eine Auswahl davon wird im Kommentar zu DIN 4085 behandelt, der auch Hinweise zu den Beispielen im Beiblatt zu DIN 4085 gibt, das im September 2018 erschienen ist. Zur Geschichte der Erddrucktheorie gehören 40 ausgewählte Kurzbiographien von Wissenschaftlern und Ingenieuren in der Praxis, die das Thema über die Jahrhunderte immer wieder aufgegriffen und weiterentwickelt haben. Ergänzt wird das Buch durch zwei Anhänge mit Begriffen, Formelzeichen und Indizes sowie Erddrucktabellen.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Vorwort

Literatur

1 Einführung

Literatur

2 Geschichte der Erddrucktheorie

2.1 Stützmauern im Festungsbau

2.2 Erddrucktheorie als Gegenstand des Militäringenieurwesens

2.3 Erweiterungen der Coulomb’schen Erddrucktheorie

2.4 Der Beitrag der Kontinuumsmechanik

2.5 Die Erddrucktheorie von 1875 bis 1900

2.6 Experimentelle Erddruckforschung

2.7 Erddrucktheorie in der Disziplinbildungsperiode der Geotechnik

2.8 Erddrucktheorie in der Konsolidierungsperiode der Geotechnik

2.9 Erddrucktheorie in der Integrationsperiode der Geotechnik

Literatur

3 Methoden zur Ermittlung des Erddrucks

3.1 Übersicht und Schrankentheoreme

3.2 Kinematische Methoden beim aktiven Erddruck

3.3 Kinematische Methoden beim passiven Erddruck

3.4 Statische Methoden

3.5 Versuche und Messungen

3.6 Finite-Elemente-Methode

Literatur

4 Ebener aktiver Erddruck

4.1 Grundsätzliche Überlegungen

4.2 Bodeneigengewicht, großflächige Gleichlasten und Kohäsion

4.3 Kohäsion, rechnerische Zugspannungen und Mindesterddruck

4.4 Vertikale Linien- und Streifenlasten

4.5 Horizontale Linien- und Streifenlasten

4.6 Geschichteter Boden

4.7 Geknickter Geländeverlauf

4.8 Geknickte Wandflächen

4.9 Verteilung des aktiven Erddrucks

Literatur

5 Erdruhedruck

5.1 Bodeneigengewicht und großflächige Gleichlasten

5.2 Punkt-, Linien- und Streifenlasten

Literatur

6 Ebener passiver Erddruck

6.1 Grundsätzliche Überlegungen

6.2 Eigengewicht, großflächige Gleichlasten und Kohäsion bei Parallelbewegung

6.3 Drehung um den Kopf- oder den Fußpunkt

6.4 Verteilung des passiven Erddrucks

Literatur

7 Räumlicher aktiver Erddruck

7.1 Grundsätzliche Überlegungen

7.2 Kreiszylindrische Flächen

7.3 Stützwände quer zur Böschung

Literatur

8 Räumlicher passiver Erddruck

8.1 Übersicht

8.2 Fußwiderstand vor Bohlträgern nach Weißenbach

8.3 Verfahren nach DIN 4085 für begrenzte Wandabschnitte

Literatur

9 Einfluss des Grundwassers auf den Erddruckxs

9.1 Ruhendes Grundwasser

9.2 Strömendes Grundwasser

9.3 Spaltwasserdrücke

Literatur

10 Verdichtungserddruck

Literatur

11 Winkelstützwände

Literatur

12 Silodruck

Literatur

13 Dynamische Beanspruchungen

Literatur

14 Sonderfälle

14.1 Wiederholte quasistatische Beanspruchungen

14.2 Rohrleitungen

14.3 Fließdruck auf Pfähle

14.4 Kriechdruck

14.5 Quelldruck

14.6 Stark geklüfteter Fels

14.7 Aktiver Erddruck in Erdkörpern

Literatur

15 Mobilisierung des Erddrucks

15.1 Übersicht

15.2 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des aktiven Erddrucks

15.3 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des passiven Erddrucks

15.4 Mobilisierungsfunktionen

Literatur

16 Anwendungshinweise

16.1 Erddruckneigung und Wandreibungswinkel

16.2 Ansatz des Erddrucks in Abhängigkeit der Verschiebung

16.3 Erddruckumlagerung

16.4 Erddruck als günstige Einwirkung

Literatur

17 Kommentar zu DIN 4085:2017-08

17.1 Übersicht

17.2 Aktiver Erddruck

17.3 Passiver Erddruck

17.4 Erddruck aus Verdichtung

17.5 Räumlicher Erddruck

17.6 Hinweise zu Beiblatt DIN 4085:2018-12

Literatur

18 Vierzig ausgewählte Kurzbiographien

Literatur

Anhang A: Begriffe, Formelzeichen und Indizes

Anhang B: Erddrucktabellen

Literatur

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Tabellenverzeichnis

Kapitel 6

Tab. 6.1 Beiwerte nach Pregl/Sokolowski.

Kapitel 10

Tab. 10.1 Angaben zum Ansatz des Verdichtungserddrucks nach DIN 4085 bei intensi...

Kapitel 15

Tab. 15.1 Anhaltswerte für die zur Erzeugung der aktiven Erddruckkraft erforderl...

Tab. 15.2 Anhaltswerte für die zur Erzeugung der passiven Erddruckkraft (Erdwide...

Tab. 15.3 Exponenten für Mobilisierungsansatz von Bartl (2004).

Tab. 15.4 Faktor f

D

zur Berücksichtigung des Einflusses der Lagerungsdichte.

Tab. 15.5 Faktor f

δ

zur Berücksichtigung des Einflusses einer negativen Wandreib...

Tab. 15.6 Faktor f

s

zur Berücksichtigung des Einflusses des Grundwassers.

Tab. 15.7 Faktor f

B

zur Ermittlung der relativen Wandverschiebung im Grundfall.

Kapitel 16

Tab. 16.1 Wandreibungswinkel nach DIN 4085:2017-08.

Tab. 16.2 Erddruckansatz in Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit der Stützkonstru...

Tab. 16.3 Erddruckansatz in Abhängigkeit von der Nachgiebigkeit der Stützung bei...

Anhang A

Tab. A.1 Formelzeichen.

Tab. A.2 Indizes.

Anhang B

Tab. B.1 Erddruckbeiwerte K

agh

für waagerechte Geländeoberfläche und senkrechte ...

Tab. B.2 Gleitflächenwinkel ϑ

a

für waagerechte Geländeoberfläche und senkrechte ...

Tab. B.3 Erddruckbeiwerte für Linien- und Streifenlasten bei senkrechter Wand ...

Tab. B.4 Erdwiderstandsbeiwerte K

pgh

für waagerechte Geländeoberfläche und senkr...

Tab. B.5a Erdwiderstandsbeiwerte K

pgh

für waagerechte Geländeoberfläche und senk...

Tab. B.5b Erdwiderstandsbeiwerte K

pph

für waagerechte Geländeoberfläche und senk...

Tab. B.5c Erdwiderstandsbeiwerte K

pch

für waagerechte Geländeoberfläche und senk...

Orientierungspunkte

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Erddruck

Achim Hettler

Karl-Eugen Kurrer

Autoren

Achim Hettler

Johann-Sebastian-Bach-Str. 9

76437 Rastatt

Deutschland

Karl-Eugen Kurrer

Gleimstr. 20a

10437 Berlin

Deutschland

Titelbild

Marie-Hélène H.-Desrue

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Print ISBN 978-3-433-03274-9

ePDF ISBN 978-3-433-60983-5

ePub ISBN 978-3-433-60982-8

oBook ISBN 978-3-433-60981-1

Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig

Für Marie-Hélène

Achim Hettler

und Claudia

Karl-Eugen Kurrer

Vorwort

„Nur wer die Vergangenheit kennt, hat eine Zukunft“

Wilhelm von Humboldt, 1767–1835

Es sind Jahrzehnte vergangen seit dem Erscheinen von Büchern, die ganzheitlich dem Thema Erddruck gewidmet sind. Hierzu sei z. B. auf Árpád Kézdis „Erddrucktheorien“ von 1962 verwiesen oder auf Anton Weißenbachs Teil II der Serie „Baugruben“ von 1975, das im Wesentlichen Erddruckfragen beinhaltet, allerdings mit dem Ziel der Anwendung auf Verbaukonstruktionen. In der Zwischenzeit wurde das Thema immer wieder als Teil von Werken aus den Bereichen Bodenmechanik und Grundbau behandelt, siehe z. B. „Bodenmechanik“ von Gerd Gudehus aus dem Jahre 1981 oder die Beiträge zum Grundbau-Taschenbuch. Eine aktuelle Darstellung fehlte bisher. Dabei sind Erddrucktheorien von hoher Bedeutung im konstruktiven Ingenieurbau. Viele analytische Anwendungen haben sich seit Jahrzehnten bewährt. In den letzten Jahren kam als neues Werkzeug die Finite-Element-Methode hinzu, und in der Praxis ist immer stärker die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks zu berücksichtigen.

Das vorliegende Buch hat im Wesentlichen drei große Schwerpunkte. Zum einen soll den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung, aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung gestellt werden, ergänzt mit Kommentaren zu der aktuellen Erddrucknorm von 2017 und der dazugehörigen Beispielsammlung von 2018. Zum anderen werden die heute üblichen Methoden zur Ermittlung des Erddrucks ausführlich dargestellt. Ein grundlegendes Verständnis der heute üblichen Theorien und Regelwerke ist aber kaum denkbar ohne ein gründliches Studium der Historie. Erste empirische Bemessungsregeln waren schon den Römern bekannt. Hinweise dazu finden sich bei Vitruv. Die heutigen Theorien nahmen vor mehr als drei Jahrhunderten ihren Anfang in Frankreich und sind eng verbunden mit französischen Ingenieuroffizieren. Der dritte große Schwerpunkt ist folglich der historischen Entwicklung gewidmet, ergänzt mit den Biographien ausgewählter Forscherpersönlichkeiten, die bedeutende Beiträge zum Thema Erddruck beigesteuert haben.

Ohne die Mitwirkung von Helfern ist es kaum möglich, ein Buch fertigzustellen. Hierbei sei insbesondere Jan Deutschmann für seine unermüdliche, schnelle und kompetente Unterstützung gedankt, aber auch Marcel Deckert, Ingmar Zehn sowie Annette Richter. Gedankt sei aber auch dem Verlag Ernst & Sohn, der die Idee zu dem vorliegenden Buch von Anfang an wohlwollend unterstützt und die Umsetzung begleitet hat.

Achim Hettler

Karl-Eugen Kurrer

Literatur

Kézdi, A. (1962). Erddrucktheorien. Berlin: Springer.

Weißenbach, A. (1985). Baugruben, Teil II, Berechnungsgrundlagen, 1. Nachdruck. Berlin: Ernst & Sohn.

Gudehus, G. (1981). Bodenmechanik. Stuttgart: Enke.

1Einführung

Das Thema Erddruck gehört zu den ältesten und umfangreichsten Kapiteln der Bodenmechanik und des Grundbaus sowie zu den drei Säulen des konstruktiven Ingenieurbaus in Ergänzung zur Gewölbetheorie und zur Balkentheorie. Die ersten schriftlichen Quellen, die auf Vitruv zurückgehen, sind über 2000 Jahre alt und sind somit weitaus älter als die allgemein bekannten Theorien von Coulomb (Coulomb 1773/1776) oder Rankine (1857). Vitruv befasst sich im ersten und im sechsten Band seiner zehn Bücher mit der Wirkungsweise des Erddrucks auf Stützmauern und schlägt Strebepfeiler vor. Vauban, einer der größten Baumeister der Geschichte, veröffentlichte schon 1684 Bemessungstabellen für Stützmauern mit Höhen bis zu 15 m, die auch nach heutigem Stand nicht weiter optimierbar sind. Die Entwicklung der Erddrucktheorie wird ausführlich in Kapitel 2 beschrieben, das auf die erweiterte Auflage „Geschichte der Baustatik“ von Kurrer zurückgeht (Kurrer 2015). Das vorliegende Buch kann nur eine beschränkte Auswahl aktueller Berechnungsgrundlagen beinhalten. Ziel ist es, den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung zu stellen. Um das theoretische Verständnis zu wecken, werden zunächst in Kapitel 3 die wesentlichen Grundlagen zur Ermittlung des Erddrucks vorgestellt. Die Kapitel 4 bis 12 beinhalten die für die Praxis wichtigsten Verfahren zum aktiven und passiven Erddruck sowie zum Erdruhedruck. Dabei werden in den Kapiteln 7 und 8 auch räumliche Wirkungen berücksichtigt. Ein Anliegen ist, in knapper Form auch Hinweise zu nicht alltäglichen Fragestellungen zu geben und auf weiterführende Literatur zu verweisen (s. Kapitel 14). In den letzten Jahren ist immer mehr die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks in den Blickpunkt getreten. Dies betrifft nicht nur den passiven, sondern auch den aktiven Fall (s. Kapitel 15). Anwendungshinweise für die Praxis sind in Kapitel 16 zu finden.

An den DIN-Ausschuss „Berechnungsverfahren“ wurden immer wieder Fragen herangetragen. Eine Auswahl davon wird im Kommentar zu DIN 4085 in Kapitel 17 behandelt. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels werden Hinweise zu den Beispielen im Beiblatt zu DIN 4085 gegeben, das im Dezember 2018 erschienen ist.

Zur Geschichte der Erddrucktheorie in Kapitel 2 gehören vierzig ausgewählte Kurzbiographien von Wissenschaftlern und Ingenieuren in der Praxis, die das Thema über die Jahrhunderte immer wieder aufgegriffen und weiterentwickelt haben (s. Kapitel 18). Ergänzt wird das Buch durch zwei Anhänge mit Begriffen, Formelzeichen und Indizes (Anhang A) sowie Erddrucktabellen in Anhang B.

Literatur

Coulomb, C.A. (1773/1776). Essai sur une application des règles des Maximis et Minimis à quelques Problèmes de statique relatifs à l’Architecture. In: Mémoires de mathématique & de physique, présentés à l’Académie Royale des Sciences par divers savans, Bd. 7, année 1773, 343–382. Paris.

Kurrer, K.-E. (2015). Geschichte der Baustatik. Auf der Suche nach dem Gleichgewicht. Berlin: Ernst & Sohn.

Rankine, W.J.M. (1857). On the stability of loose earth. Philosophical Transactions of the London Royal Society 147: 9–27.