Anwendung numerischer Methoden zur Bestimmung der Erddruckverteilung bei Ansatz nichtlinearer Materialgesetze

Inhaltsangabe:Einleitung: Der Erddruck ist eine der wichtigsten Größen für den Nachweis der Standsicherheit und der Bemessung von Bauwerken des Grundbaus. Seit annähernd zwei Jahrhunderten beschäftigt sich die Forschung mit Methoden zur Bestimmung des Erddrucks. Eine der ersten Erddrucktheorien wurde 1773 von Coulomb veröffentlicht. Coulomb stellte fest, daß für die Erddruckkraft auf eine Wand zwei Grenzwerte existieren. Infolge der Verschiebung vom Erdreich weg erhält man den Kleinstwert, der als die aktive Erddruckkraft Ea bezeichnet wird. Der Größtwert, die passive Erddruckkraft Ep, ergibt sich durch die Verschiebung der Wand gegen das Erdreich. Die entsprechenden Grenzwerte erhielt Coulomb aus Extremwertbetrachtungen an Bruchmodellen. Die Größe der Wandbewegung zum Erreichen des Grenzgleichgewichtes blieb dabei unberücksichtigt. Neuere Erkenntnisse zeigten jedoch, daß sich bei einer Annahme von ebenen Gleitflächen und großer Reibungswinkel unzutreffend große Erdwiderstandsbeiwerte ermitteln lassen. Die gegenwärtig verwendeten Erddrucktheorien werden eingesetzt, um die Standsicherheit eines Bauwerkes durch den Ausschluß des Auftretens bestimmter Bruchmechanismen nachzuweisen. Die dabei angesetzten Erddruckkräfte, die für die Standsicherheitsnachweise ausreichend sind, eignen sich aber im allgemeinen nicht für die Bemessung im Gebrauchszustand, bei der die auftretenden Verformungszustände berücksichtigt werden müssen. Ein gestiegenes Anforderungsprofil an Grundbauwerken durch wirtschaftliche und funktionale Aspekte erfordert eine Untersuchung des Erddrucks im Gebrauchszustand, bei der die wichtigen Einflußgrößen erfaßt werden müssen. Eine Möglichkeit, die aufgestellten Erddrucktheorien zu überprüfen bzw. neue Erddrucktheorien zu entwickeln, besteht in der Durchführung von Modellversuchen. Dabei wurde und wird der Einfluß folgender Faktoren untersucht: 1. Abhängigkeit von der Wandbewegungsart, 2. Einfluß des Wandreibungswinkels, 3. Einbindetiefe der Wand, 4. Abhängigkeit vom Reibungswinkel, 5. Einfluß der Lagerungsdichte D bei Untersuchung von Sand als Bodenmaterial, 6. Verformungsverhalten, 7. Bruchmechanismen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwendung der Methode der Finiten Elemente. Die ständige Verbesserung von Hard- und Software läßt die Methode der Finiten Elemente als praxistaugliche Alternative heranwachsen. Vorteile sind in der Anwendung von Berechnungsmodellen zu sehen, die eine Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund [...]

Jürgen Schmitt, Dipl.-Ing. (TU) Bauwesen, Studium Bauingenieurwesen an der TU Braunschweig, 1997 bis 2003 Projektingenieur und Projektleiter im Bereich Geotechnik bei der ARCADIS GmbH in Darmstadt, seit Mai 2003 Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand am Institut für Grundbau und Bodenmechanik der TU Braunschweig mit den Schwerpunkten Tunnelbau und Numerik.