Statik im Erdbau E-Book

Henner Türke

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

Seitenzahl: 220

Veröffentlichungsjahr: 2012

Beschreibung

Bei der statischen Berechnung von Erdbauten stehen die Probleme der Standsicherheit im Vordergrund. In diesem Buch werden die Nachweise für Böschungen, Dämme sowie Stützmauern behandelt und in übersichtlichen Tafeln dargestellt. Ausgewählte Zahlenbeispiele verdeutlichen die Zusammenhänge zwischen den Sicherheitsbedingungen.
Die Erdbaumechanik, die den Hauptteilen "Erdbausysteme" und "Berechnungsverfahren" zugrunde liegt, ist eine beständige Grundlage der Statik im Erdbau. Damit ist dieser unveränderte Nachdruck des zuletzt 1999 erschienen Standardwerkes auch heute noch ein wertvolles Nachschlagewerk für die Planungspraxis.
Das Buch erscheint in der Reihe "Ernst & Sohn ZEITLOS" als unveränderter Nachdruck.

Leseprobe

Inhaltsübersicht

Vorworte

Hauptbezeichnungen

Einleitung

ERDBAUSYSTEME

1 Böschungen und Dämme

1/1 Böschungssysteme

1/2 Standsicherheit

1/3 Böschungsneigungen

1/4 Geländeeinschnitte

1/5 Rutscheinflüsse

1/6 Rutschflächen

1/7 Verkehrsdämme

1/8 Untergrundverbesserung

1/9 Deiche

1/10 Staudämme

1/11 Dichtungen

1/12 Dränagen

1/13 Sonderbelastungen

2 Stützmauern

2/1 Stützmauerarten

2/2 Standsicherheit

2/3 Bruchsicherheit

2/4 Erdwiderstand

2/5 Hangstützmauern

2/6 Ufermauern

2/7 Winkel- und Konsolmauern

2/8 Bewehrte Erde

2/9 Schräge Sohle

2/10 VSS-Verfahren

2/11 Rückverankerte Wände

3 Untergrund

3/1 Bodenarten

3/2 Bodenunterscheidung

3/3 Boden klassifikation

3/4 Lagerungszustand

3/5 DIN-Bodenkenngrößen

3/6 Richtwerte für Böden

3/7 Geotechnische Kategorien

3/8 Bodenmechanische Versuche

3/9 Stoffwerte

3/10 Bodenkennzeichnung

3/11 Bodenverformung

3/12 Verformungswerte

3/13 Bruchfestigkeit

3/14 Anfangsfestigkeit

3/15 Endfestigkeit

3/16 Restfestigkeit

3/17 Wasserdurch lässig keit

4 Schüttung

4/1 Schüttmaterial

4/2 Bodendichte

4/3 Proctordichte

4/4 Proctorwerte

4/5 Verformungsmodul

4/6 Mindestverdichtung

4/7 Erdarbeiten

4/8 Boden- und Felsklassen

4/9 Bodenfrost

BERECHNUNGSVERFAHREN

5 Sohldruck

5/1 Spannungstrapezverfahren

5/2 Belastungsansatz

5/3 Nutzlasten

5/4 Wasserlasten

5/5 Zulässige Bodenpressung

5/6 Zusatzbedingungen

5/7 Regelfälle und Sonderfälle

5/8 Belastung und Sicherheit

5/9 Sohldruckverteilung

6 Setzung

6/1 Setzungstheorie

6/2 Setzungsberechnung

6/3 Einflußtiefe

6/4 Direkte Setzungsformel

6/5 Grundlasten

6/6 Rechtecklast

6/7 Dreiecklast

6/8 Sohlschub

6/9 Trapezlast

6/10 Flächenlasten

6/11 Mittige Streifenlast

6/12 Außermittige Streifenlast

6/13 Linienlastbeispiel

6/14 Spannungsverteilung

6/15 Ruhedruckspannung

7 Erddruck

7/1 Erddrucktheorie von coulomb

7/2 Erddruckberechnung

7/3 CULMANNsche E- Linie

7/4 CULMANN - /SCHMIDTsche E- Linie

7/5 Erddruckformeln

7/6 Erdwiderstandsformeln

7/7 Seitendruckbeiwerte

7/8 Erdwiderstandsbeiwerte

7/9 Erddruckbei werte

7/10 Erddruckgleitflächenwinkel

7/11 Erddruckverteilung

7/12 Auflasteinfluß

7/13 Neigungseinfluß

7/14 Mauern mit Kragarm

7/15 Ruhedruck

8 Grundbruch

8/1 Grundbruchtheorie

8/2 Grundbruchformeln

8/3 Tragfähigkeitsbeiwerte

8/4 Formbeiwerte

8/5 Lastneigungsbeiwerte

8/6 Geländeneigungsbeiwerte

8/7 Grundbruchgleitlinie

8/8 Grundbruchgleitflächenwinkel

8/9 Schichtwechsel

8/10 Sohlschub am Dammfuß

8/11 Dammfuß Grundbruch

8/12 Dammfußgleiten

8/13 Geneigte Dammsohle

8/14 Schräge Fundamentsohle

8/15 VSS-Kohäsionsbeiwerte

8/16 VSS-Tiefenbeiwerte

8/17 VSS-Breitenbeiwerte

9 Geländebruch

9/1 Geländebruchsysteme

9/2 Geländebruchtheorie

9/3 Geländebruchberechnung

9/4 Geländebruchformeln

9/5 Böschungswinkel

9/6 Böschungsgleitkreis

9/7 Formel von Terzaghi

9/8 Formel von Krey

9/9 Formel von Bishop

9/10 Formel von franke

9/11 Formelvergleich

9/12 Krafteckvergleich

9/13 Geländebruchsonderansätze

10 Strömungsdruck

10/1 Strömungseinfluß

10/2 Strömungsnetz

10/3 Hydraulischer Grundbruch

10/4 Erosionsgrundbruch

10/5 Strömung am Dammfuß

10/6 Grundwassersickerlinie

10/7 Stauwassersickerlinie

10/8 Untergrunddurchsickerung

10/9 Porenwasserdruckansatz

10/10 Vollständiges Lamellenverfahren

10/11 Strömungskraftansatz

10/12 Schnelle Wasserbelastung

10/13 Wasserdruckansätze

BEISPIELE

11 Hangeinschnittböschung

11/1 Böschungsaufgabe

11/2 Dränierte Böschung

11/3 Gleitkreisvariation

11/4 Ungünstigster Gleitkreis

11/5 Vorgezeichnete Gleitfläche

11/6 Undränierte Böschung

11/7 Gleitkreisberechnung

11/8 Formelvergleich

11/9 Durchströmter Querschnitt

11/10 Strömungskraftberechnung

11/11 Wasserüberdruckansatz

11/12 Teilsicherheitsansatz

11/13 Sicherheitsvergleiche

12 Eisenbahndamm

12/1 Dammaufgabe

12/2 Dammberechnung

12/3 Boden kennzahlen

12/4 Spannungsermittlung

12/5 Kompressionsversuche

12/6 Dammsetzung

12/7 Setzungsnachweis

12/8 Dammböschung

12/9 Endrutschsicherheit

12/10 Anfangsrutschsicherheit

12/11 Dammfußnachweis

12/12 Sicherheit am Dammfuß

12/13 Vergleichsuntersuchung

12/14 Teilsicherheitsansatz I

12/15 Teilsicherheitsansatz II

13 Hochwasserrückhaltedamm

13/1 Staudammaufgabe

13/2 Staudammentwurf

13/3 Damm mit Kerndichtung

13/4 Damm mit Böschungsdichtung

13/5 Sicherheit am Gesamtdamm

13/6 Sicherheit am Dammfuß

13/7 Luftseitige Böschung

13/8 Durchsickerung

13/9 Regenguß

13/10 Rutschsicherheit der Dichtung

13/11 Wasserseitige Böschung

13/12 Wasserspiegel in Ruhe

13/13 Wasserspiegel in Bewegung

13/14 Staudammrichtlinien

13/15 Wasserlastansätze

13/16 Ansätze mit Strömungskraft

13/17 Schnelle Absenkung

13/18 Teilsicherheitsansatz I

13/19 Teilsicherheitsansatz II

14 Schwergewichtsmauer

14/1 Stützmauer Vorentwurf

14/2 Berechnung nach VSS

14/3 Unbewehrte Mauer

14/4 Bewehrte Mauer

14/5 Ersatzscherfuge

14/6 Mauerbewehrung

14/7 Geländebruchnachweis 2b

14/8 Geländebruchnachweis 3 b2

14/9 Erddruck zeichnerisch

14/10 Erddruck rechnerisch

14/11 Berechnung nach DIN

14/12 Sohlbeanspruchung

14/13 Gleitsicherheit

14/14 Grundbruchsicherheit

14/15 Teilsicherheitsansatz I

14/16 Sicherheitsvergleiche I

14/17 Teilsicherheitsansatz II

14/18 Sicherheitsvergleiche II

14/19 Mauersicherheiten VSS-DIN

15 Winkelstützmauer

15/1 Stützmaueranlage

15/2 Stützmauerberechnung

15/3 Hinterfüllungsboden

15/4 Scherversuche

15/5 Stand Sicherheitsbedingungen

15/6 Erforderliche Sohlbreite

15/7 Kurzer Mauerschenkel

15/8 Vergleichsrechnungen

15/9 Endgültige Mauer

15/10 Mauerstandsicherheit

15/11 Mauerbewehrung

15/12 Geländebruchsicherheit

15/13 Mauerverkantung

15/14 Spannung und Setzung

15/15 Schornsteinverkantung

15/16 Verkantungsberechnung

15/17 Winkelbestimmung

15/18 Teilsicherheitsansatz

15/19 Sicherheitsvergleiche

16 Schwimmkastenmauer

16/1 Ufermaueranlage

16/2 Belastungszustände

16/3 Eintauchtiefe

16/4 Schwimmstabilität

16/5 Freilagenbelastung

16/6 Freilagengrenzfall

16/7 Systemabmessungen

16/8 Ruhedruck und Ereeruck

16/9 Zwischenzustand

16/10 Endzustand

16/11 Sicherheit bei Teillast

16/12 Sicherheit bei Gesamtlast

16/13 Geländebruchsystem

16/14 Lamellen kräfte

16/15 Mauersetzung

16/16 Tragfähigkeitsnachweise

16/17 Gebrauchstauglichkeitsnachweise

17 Beispielumrechnungen

17/1 Beispielskizzen

17/2 Berechnungsergebnisse

17/3 Umrechnung der geböschten Systeme

17/4 Umrechnung der gestützten Systeme

17/5 Hauptvorschrift DIN 1054

17/6 Teilsicherheitsbeiwerte

17/7 Definition des Sicherheitsvergleichs

ANHANG

18 Sicherheitstheorie

18/1 Sicherheitsdefinitionen

18/2 Eurocode-DIN-Konzept

18/3 Maßgebende Rechenwerte

18/4 Stochastische Methode

18/5 GAUSSsche Normalverteilung

18/6 Logarithmische Normalverteilung

18/7 Beispiele zur Verteilung

18/8 Maßzahlen der Verteilung

18/9 Statistisches Beispiel

18/10 Stochastische Auswertung

18/11 Worterklärungen

19 Zusammenstellungen

19/1 Zeichen am System

19/2 Zeichen am Detail

19/3 Hauptformeln

19/4 Einheiten

19/5 Exponentialfunktion

19/6 Logarithmische Spiralen

19/7 Erddruck-Spannungsbeziehung

20 Entwicklungen

20/1 Entwicklung der Bautechnik

20/2 Erdbauten im Altertum

20/3 Entwicklung des Ingenieurbaus

20/4 Staudämme der Gegenwart

20/5 Bodenmechanik

Register

Bestimmungen

Klassisches Schrifttum

Literaturverzeichnis

Formelzeichen

Stichwortverzeinchnis

Prof. Dipl.-Ing. Henner Türke

Unter den Felsen 7

D-76332 Bad Herrenalb

Die Deutsche Bibliothek – CIP-Einheitsaufnahme

Türke, Henner:

Statik im Erdbau / Henner Türke. – 3. Aufl. –

Berlin: Ernst, 1999

ISBN 3-433-01791-3

© 1999 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Berlin

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Gesamtherstellung: Passavia Druckservice GmbH, Passau

Vorworte

Vorwort zur 3. Auflage

Auf dem langen Weg zur Einfuhrung des Teilsicherheitskonzepts für den Erd- und Grundbau ist im April 1996 eine wichtige Station erreicht worden, indem mit Herausgabe von Vornormen für Sicherheitsnachweise und Berechnungsverfahren erstmals geschlossene Richtlinien vorliegen. Für deren Erprobung wird vom Deutschen Institut für Normung empfohlen, die Bemessung geotechnischer Konstruktionen mit den noch maßgebenden Gesamtsicherheitszahlen und zusätzlich mit den Teilsicherheitsbeiwerten der neuen Vornormen durchzuführen, um während einer mehljährigen Übergangszeit mit dem künftigen Konzept vertraut zu werden und Erfahrungen für die endgültigen Vorschriften zu sammeln. Der Aufwand ist im allgemeinen gering, da nicht die Statik sondern nur die Bemessung umgestellt wird.

Wir haben dieser Empfehlung Rechnung getragen und geben mit der 3. Buchauflage die Ergebnisse von Vergleichsuntersuchungen der sechs Beispiele Kapitel 11 bis 16 bekannt. Die Angaben erfolgen nicht mehr nachgeordnet im Anhang wie bei der 2. Auflage, sondern im Hauptteil des Buches jeweils am Schluß der Kapitel, um deutlich zu machen, daß der Übergang zum neuen Sicherheitskonzept jetzt offiziell eingeleitet ist. Aus den Ergebnissen läßt sich für jede dieser Grundaufgaben des Erdbaus ein Urteil bilden, indem Vergleichszahlen zwischen den Sicherheitsverhältnissen beider Konzepte aufgestellt und diskutiert werden. Das neue 17. Kapitel bringt hierzu die zusammenfassenden Angaben.

Im übrigen bleibt das Buch weitgehend unverändert, weil die zugrundeliegende Erdbaumechanik beständig ist. Es werden lediglich Berichtigungen und Hinweise eingefügt und im Beispielteil zwei Zusätze aufgenommen: die Schwergewichtsmauer mit schräger Sohle und die Winkelstützmauer bei erhöhtem Erddruck. Im Anhang entfallt das Kapitel „Sicherheitsvergleiche“, das dem Hauptteil zugeordnet ist, und im Kapitel „Sicherheitstheorie“ werden die Unterlagen zum Eurocode-DIN-Konzept angegeben, jetzt ohne das wahrscheinlichkeitstheoretische β-Verfahren, welches bei Regelbauwerken nicht mehr zur Anwendung kommt. Die geschichtlichen Daten am Schluß des Buches erhalten zwei ergänzende Tafeln über die Entwicklung von Bautechnik und Ingenieurbau.

Abschließend danke ich meiner Frau, die das Buch stets mit Verständnis begleitet hat, und dem Verlag Ernst & Sohn für die gute Ausgestaltung der Neuauflage und die langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit.

Bad Herrenalb, September 1998

H. TÜRKE

Vorwort zum Nachdruck der zweiten Auflage

Die Normen für erdstatische Berechnungen – von 1955 bis 1982 für Gesamtsicherheitsfaktoren entwickelt – bilden ein ausgereiftes und geschlossenes System, welches der ersten und zweiten Auflage der „Statik im Erdbau“ zugrunde gelegt worden ist. Diese Normen sind gegenwärtig noch gültig, so daß zur Weiterführung des Buches ein unveränderter Nachdruck ausreicht.

Die 1981 vom Deutschen Institut für Normung begründeten neuen Sicherheitsanforderungen mit Ansatz von Teilsicherheitsfaktoren konnten im Erd- und Grundbau noch nicht amtlich eingeführt werden, weil es sich schwieriger als erhofft gestaltet hat, Sicherheitszahlen auf wahrscheinlichkeits-theoretischer Basis festzulegen und bezüglich der bisherigen Regelung zu eichen. Es liegen lediglich unverbindliche Entwürfe zu DIN 4017 (Grundbruch), DIN 4084 (Geländebruch) und DIN 1054 (Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau) vor. Ein Entwurf zu DIN 4085 für Erddruck-Erdwiderstands- Ansätze, dem zentralen Thema der Erdstatik, steht noch aus.

Für die praktische Anwendung wird empfohlen, bei statischen Nachweisen neben der noch gültigen Methode des Gesamtsicherheitsansatzes zusätzlich Umrechnungen mit variierten Teilsicherheitsbeiwerten analog den Beispielen im 17. Kapitel des Buches vorzunehmen, um den bevorstehenden Übergang zu erleichtern. Es ist offensichtlich, daß man mit der künftigen Methode nur durch Vergleichsuntersuchungen vertraut werden und deren Für und Wider beurteilen kann. Das neue Sicherheitskonzept ist komplizierter, hat aber theoretische Vorteile, die sich mit der Zeit auch praktisch auswirken dürften.

Bad Herrenalb, März 1993

H. TÜRKE

Vorwort zur 2. Auflage

Bei der Überarbeitung des Buches war zu beachten, daß sich die Sicherheitsansätze des Bauingenieurwesens im Prozeß der Umstellung befinden. Während bisher die kritischen Verformungs- und Bruchzustände durch empirische Gesamtfaktoren abgesichert worden sind, werden künftig stochastische, auf die Einflußgrößen bezogene Teilfaktoren maßgebend sein. Die Grenzzustandsbedingungen sind dann mit erhöhten Lasten und abgeminderten Widerständen zu erfüllen. Bis zur endgültigen Festlegung der Sicherheitszahlen durch DIN-Normen bzw. EUROCODES gelten beide Methoden nebeneinander, so daß bei statischen Nachweisen Vergleichsrechnungen erforderlich sein werden.

In Anbetracht dieser Entwicklung wurden die Beispielrechnungen gegenüber der ersten Auflage nicht abgeändert, da sie den noch geltenden Normen entsprechen. Im Anhang wird jedoch in zwei zusätzlichen Kapiteln auf das neue Konzept hingewiesen: Das 17. Kapitel „Sicherheitsvergleiche“ enthält Umrechnungsergebnisse für die Beispiele der Kapitel 11 bis 16, und das 18. Kapitel „Sicherheitstheorie“ gibt einen Einblick in die stochastische Methode.

Für die Kapitel 1 bis 10 waren kaum Änderungen notwendig, da die Systeme und Verfahren der praktischen Erdstatik weitgehend ausgereift sind. Als Ergänzungen wurden aufgenommen: Geotechnische Kategorien nach DIN 4020, Berechnungsangaben für geneigte Damm- und Fundamentsohlen sowie Hinweise auf zwischenzeitlich erschienene Literatur.

Bei den wahrscheinlichkeitstheoretischen Ausarbeitungen zum Sicherheitskonzept unterstützte mich mein Sohn KARSTEN TÜRKE, dem ich dafür herzlich danke. Dem Verlag Ernst & Sohn gilt mein besonderer Dank für die konstruktive Zusammenarbeit.

Bad Herrenalb, Januar 1990

H. TÜRKE

Vorwort zur 1. Auflage

Erdbauten sind Geländeeinschnitte, Schüttungen und Erdabstützungen für Verkehrsund Stauanlagen. Die Berechnung dieser geböschten oder gestützten Systeme ist ein Randgebiet der Baustatik, bei dem die Standsicherheitsprobleme des Bodens im Vordergrund stehen.

In dem Buch werden die erforderlichen erdstatischen Nachweise für Böschungen, Dämme und Stützmauern behandelt. Im ersten Abschnitt Erdbausysteme sind Konstruktionshinweise und bodenmechanische Kennzahlen zusammengestellt. Der zweite Abschnitt Berechnungsverfahren enthält Grundlagen und Ansätze für Setzung, Bodenbruch und Sickerströmung. Als Hauptunterlagen dienten die Vorschriften, Richtlinien und Empfehlungen im Erd- und Grundbau, das von Herrn Prof. Dr.-Ing. U. SMOLTCZYK herausgegebene Grundbau-Taschenbuch, die Stützmauertabellen der Vereinigung Schweizerischer Straßenfachmänner (VSS) und die Schriften über Strömungsprobleme meines ehemaligen Kollegen Herrn Dr. R. DAVIDENKOFF.

Die Beispiele im dritten Abschnitt wurden so ausgesucht und durchgerechnet, daß die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Sicherheitsbedingungen erkennbar sind und der Berechnungsweg leicht nachzuvollziehen ist. Sie verdeutlichen auch, welche Verflechtungen zwischen Baustatik, Verkehrswesen, Erd-, Grund- und Wasserbau bestehen. Das Buch eignet sich somit für Studenten und Ingenieure der genannten Fachgebiete. Als neue Darstellungsart des Stoffes ist die Tafelform gewählt worden. Sie ist übersichtlich und entspricht dem Wunsch nach kurzgefaßter Fachliteratur. Auf anschauliche Abbildungen wurde Wert gelegt, sie sind ein wichtiger Bestandteil des Buches.

Die Reinzeichnungen fertigte Herr A. SCHLEITH an, dem ich dafür besondere Anerkennung aussprechen möchte. Die bodenmechanischen Versuche führte mein früherer Laborant H. SILL im Erdbaulaboratorium der Fachhochschule Biberach durch. Weiter danke ich Fräulein E. HANSMAN für erdstatische Ausarbeitungen, Herrn R. HERZOG und Herrn K. SCHAM für Tabellenrechnungen und meiner Frau für Anregungen, Korrekturen und Verständnis.

Mein besonderer Dank gilt dem Verlag von Wilhelm Ernst & Sohn für das Eingehen auf die Tafelform, die sorgfaltige und ansprechende Ausgestaltung des Buches und sehr gute Zusammenarbeit.

Bad Herrenalb, Oktober 1983

H. TÜRKE

Hauptbezeichnungen

A Fläche B Breite C Konstante D Lagerungsdichte E Elastizitätsmodul E Erddruckkraft F Kraft allgemein G Gewichtskraft H Höhe H Horizontale I Trägheitsmoment I Konsistenzzahl K Erddruckbeiwert L Länge M Moment N Normalkraft N Tragfähigkeitsbeiwert O Gleitkreiszentrum P Einzelkraft Q Kraft aus Verkehr R Resultierende Kraft R Widerstand allgemein S Einwirkung allgemein S Strömungskraft T Schubkraft U Porenwasserdruckkraft U Ungleichförmigkeitszahl V Volumen V Vertikale V Variationskoeffizient W Wasserdruckkraft a Abstand a Fundamentlänge b Fundamentbreite b Lamellenbreite c Kohäsion d Fundamenttiefe d Durchmesser e Exzentrizität e Erddruckspannung f spez. Strömungsdruck g Eigenlastspannung h Höhe i hydraulisches Gefälle i Spannungseinflußzahl k Durchlässigkeitsbeiwert l Länge m Poissonzahl n Böschungsneigung n Porenanteil p Wahrscheinlichkeitszahl p Flächenlast q Verkehrslast q Wasserdurchfluß r Radiusvektor s Setzung t Zeit u Porenwasserdruckspannung v Geschwindigkeit w Wassergehalt x Breitenkoordinate y Längenkoordinate z Tiefenkoordinate α Wandneigung α Sohlneigung β Böschungswinkel β Sicherheitsindex γ Teilsicherheitsbeiwert γ Wichte δ Neigung der Resultierenden δ Wandreibungswinkel δ Sohlreibungswinkel η Gesamtsicherheitsgrad η* Stabilitätszahl ϑ Gleitflächenwinkel κ Lastneigungsbeiwert λ Geländeneigungsbeiwert μ Erwartungswert ν Sicherheitsverhältnis ν Formbeiwert ξ Sohlneigungsbeiwert Dichte σ Standardabweichung σ Normalspannung τ Schubspannung φ Reibungswinkel ψ Neigung der Dammsohle ω Polarwinkel

Eine ausführliche Liste der Formelzeichen ist im Registerteil angeeben.

ERDBAUSYSTEME