Erläutern Sie die Begriffe
a) totale Spannung
b) effektive Spannung
c) neutrale Spannung
Nennen Sie den formalen Zusammenhang und zeichnen Sie deren Verlauf qualitativ in die u.a.
Beispiele ein. Kennzeichnen Sie deutlich die unterschiedliche Anteile.
a) Gesamtspannung in einer Scherfläche ( σ );
infolge des Gewichtes der Festmasse des Bodens und dem Gewicht des Wassers über
dem betreff. Horizont, sowie äußere Belastung
b) Wirksame Spannung auf das Korngerüst ( σ´ );
bewirken Verformungen
c) Spannung auf Wasser, Porenwasserdruck (u);
σ = σ´ +u
Gegeben sind 2 Mohr'sche Spannungskreise. Geben Sie die zugehörigen Versuchstypen und
Bodenarten an.
a) bindiger Boden
unkonsolidiert
ϕ = 0
b) nichtbindiger Boden
c = 0
Wie würden Sie die drei Erddruckarten anschaulich erklären ?
- aktiver Erddruck: Wand bewegt sich vom Boden weg;
- passiver Erddruck: Wand bewegt sich zum Boden hin;
- Erdruhedruck: Wand bleibt ohne Bewegung;
Auf der rechten Seite einer vertikalen Wand befindet sich Sand
a) Nach welcher Seite muss die Wand bewegt werden, um aktiven Erddruck zu erzeugen?
b) Ist der aktive oder passive Erddruck größer?
c) Welchen Erddruck setzen Sie an, wenn die Wand sich nicht bewegt?
a) vom Boden weg
b) passiven Erddruck
c) Erdruhedruck Ko
Zur Weckung des vollen Erdwiderstandes ist die Horizontalverschiebung sH erforderlich. Wie
viel % dieser Verschiebung sH sind erforderlich, um den halben Erdwiderstand zu wecken?
-etwa 14 %
Wann ist ein Mindestdruck anzunehmen?
und warum fordert die EAB den Einsatz eines Mindestdruckes ? Welche Bodenarten betrifft
dies?
- Ist anzunehmen, falls der Erddruck < 0,2 * ã * h ist, weil Boden keine Zugspannungen
aufnehmen kann!
- Zugspannungen kann der Boden nicht aufnehmen
- Betrifft meist bindige Böden (Kohäsionsanteil)
Welchen Einfluss hat die Kohäsion bei der Erddruckberechnung ?
- Sie verringert den aktiven Erddruck;
- Sie vergrößert den passiven Erddruck;
Wie wirkt sich eine Vergrößerung
a) des inneren Reibungswinkels
b) der Wandreibung
auf den aktiven und passiven Erddruck aus ?
aktiver E.: Verkleinerung des Erddruckbeiwertes
passiver E.: Vergrößerung des Erddruckbeiwertes
Wo und wie wird die Kohäsion beim Nachweis der tiefen Gleitfuge berücksichtigt?
1. Erddruckermittlung
2. Gleitfuge
3. Erddruck auf Ersatzankerwand
Wie berechnet man Spannungen im Boden unter einem Fundament, wenn nur die Tafeln nach
Steinbrenner zur Verfügung stehen, der interessierende Punkt aber nicht Eckpunkt des
Fundaments ist?
- Aufteilen des Fundaments in Rechtecke, so dass der Punkt Eckpunkt von jedem
Rechteck ist.
Welche Arten von senkrechten Verschiebungen können in einem Baugrund auftreten?
Erläutern Sie kurz die Ursachen:
- Senkung:
o Einbruch einer Bodenschicht in einen Hohlraum in größerer Tiefe (Erdfall in Höhle,
Bergsenkung)
- Sackung:
o Bodenüberflutung, Wegfall der "scheinbaren" Kohäsion
o -->Erhöhung der Lagerungsdichte
- Setzung:
o Spannungsänderung( infolge Bauwerkslast)
Was ist ein OCR ? Welchen Einfluss hat es ?
- Over - Consolidation - Ratio = Überkonsolidierungsverhältnis
- Überkonsolidiert, d.h. die mittlere Normalspannung war im Laufe der geologischen
Geschichte größer, als die heute wirksame Normalspannung.
‡ Sie hat starken Einfluss auf die Größe der Scherfestigkeit.
‡ bewirkt Abweichung vom errechneten horizontalen Primärspannungszustand
Erläutern Sie den Begriff und Vorgang der Konsolidation!
- Abbau des Porenwasserdrucks, dadurch Setzungen wegen der Erhöhung der effektiven
Spannungen.
Was verstehen sie unter einem primären und sekundären Spannungszustand eines Gebirges ?
- primärer Spannungszustand: ‡ Spannungszustand im ungestörten Boden
Richtung, Größe, vorhandene Hauptspannungen vor dem Auffahren eines Hohlraums im
Gebirge
- sekundärer Spannungszustand: ‡ nach Störung
Spannungen nach technischen Eingriffen in einem Gebirge, z.B. Tunnelbau
Wie unterscheiden sich die Setzungen von bindigen und völligen Böden ?
( Zeit, Größe)
bindige Böden: große Setzungen, Konsolidation;
völlige Böden: kleine Setzungen, Sofortsetzung;
Erläutern Sie, warum insbesondere bei bindigen Böden die Setzungen verzögert gegenüber der
Belastung auftreten ?
- Aufgebrachte Spannungen werden zunächst zu einem großen Teil vom Porenwasser
aufgenommen
--> Porenwasserüberdruck
- In Abhängigkeit von der Durchlässigkeit des Bodens tritt Konsolidation ein.
--> Auspressung von Porenwasser;
--> Spannungsübertrag auf Korngerüst;
Welche Parameter benötigt man für die Erddruckverteilung ?
ã, c , e
In welcher Tiefe kann nach die "Mächtigkeit der zusammendrückbaren Schicht" für
Setzungsberechnungen begrenzt werden ?
Grenztiefe
- wo die lotrechte Gesamtspannung den ursprünglichen Überlagerungsdruck um weniger
als 20% überschreitet
- ‡ Begrenzung der Dichte der zusammendrückbaren Schichten
(keine nennenswerte Setzungsanteile)
Ein Sand- und ein Tonboden werden jeweils durch ein Fundament mit der gleichen
Flächenpressung belastet.
a) In welchem Boden sind die Spannungen bei gleicher Tiefe unter dem Fundament größer
? (Begründung)!
b) Bei welchem Boden werden die größeren Setzungen auftreten ? (Begründung) !
a) bei keinem, da Spannungen nur von der Geometrie abhängig sind.
b) beim Tonboden, da dieser ein kleineres Es besitzt
Um welche statischen Systeme handelt es sich hier, welchen Einfluss hat die Wahl eines
Systems auf die Biegemomente, Verformungen, Ankerkräfte ?
a) Feste Einspannung
b) Freie Auflagerung
Ankerkraft
kleiner
größer
Verformung
Momente
Ist der auf die obere Steife eines Baugrundverbaus wirkende Er ddruck größer oder kleiner als
der nach Coulomb berechnete?
Begründung!
- Er ist größer;
- Spannungskonzentration hinter Streifen durch Erddruckumlagerung!
Wann entsteht in der Verteilung des Erddrucks ein
a) Knick
b) Sprung
c) Sprungknick
a) Änderung der Wichte
b) Änderung des Erdruckbeiwertes ( ,c, )
c) a + b
Wann kann ein Verdichtungserddruck auftreten und von welchen Parametern hängen
Verteilung und Größe des Verdichtungsdruckes ab?
- tritt auf, wenn hinter nachgiebigen Wänden die Hinterfüllung verdichtet wird.
- hängt ab von z.B. Verdichtungseinrichtung, zeitliche Abfolge, Verdichtungsart
Wann rechnen Sie mit einem negativen Wandreibungswinkel für den aktiven Erddruck?
- Der Wandreibungswinkel wird von der Bewegungsmöglichkeit zwischen Wand und
Erdboden bestimmt!
- Wird die Wand durch lotrechte Lastkomponenten in so großem Maß belastet, dass die
auftretenden Kräfte gar nicht oder nur teilweise im Fußbereich in den Untergrund
abgetragen werden können, dann hängt sich die Wand am Erdboden auf und es entsteht
negative Wandreibung. vgl. Frage 310 (Pfähle)
Welche Parameter beeinflussen die Größe und Richtung der Erddruckresultierenden bei einem
Stützbauwerk mit homogener Bodenhinterfüllung?
- Wandneigung
- Böschungsneigung
- Wandreibungswinkel
- Reibungswinkel
- Kohäsion
- Höhe des Stützbauwerks
- Wichte
Ein Rechteckfundament wird vertikal und horizontal belastet.
Erläutern Sie kurz, was zu tun ist, um den Nachweis der zulässigen Bodenpressung zu führen.
Es ist die Sohlspannungsverteilung zu berechnen:
σ = V/A + M/W M= V*e+H*x
Wie ermittelt man sie setzungserzeugenden Spannungen unter dem Punkt A infolge einer
Fundamentlast p?
= p * (4-1-2+3)
Wie groß ist die Erdruhekraft Eo am Fußpunkt der Wand für die im Bild dargestellten
Verhältnisse ?
EO = e0 / 2 * h , mit Ko = 1 - sin ρ
Wie groß darf der Erdwiderstand bei Stützmauern angesetzt werden ?
Der passive Erddruck darf zu 50 % von max E angesetzt werden.
In welchem Teil der Setzungsberechnungen sind die Spannungen aus Boden zu
berücksichtigen, wann nicht?
Ermittlung des E-Moduls: Spannung aus Boden + Auflast
Ermittlung der Setzung: Spannung nur aus Auflast
Nennen und erläutern Sie die Setzungsanteile bei bindigen Böden, die der Zeit-Setzungs-Linie
entnommen werden können.
- Sofortsetzung:
o Volumentreue Gestaltsänderungfeststellbar für bindige Böden am
Zylinderdruckversuch, Porenlufteinbau
- Primärsetzung:
o Konsolidierungssetzung infolge mehr oder weniger schnellen Auspressen von
Porenwasser; gestaltstreue Volumenänderung (Kompressionsversuch)
- Sekundärsetzung:
o Kriechen infolge plastischer Verformungen
o feststellbar am dreiaxialen und am einaxialen Kompressionsversuch
Bei der Setzungsberechnung ergibt sich die Gesamtsetzung aus der Summe der Setzungen
einzelner Teilschichten.
Welche Parameter gehen in die Bestimmung der Setzung der Teilschichten ein?
si = di/ ES * σ
d: Schichtdicke σm : mittlere Spannung ES : mittlerer Steifemodul der Schicht
Geben Sie 2 Verfahren zur Berechnung von Setzungen aus Bauwerkslasten an und erläutern
sie diese kurz!
1. - Einteilung in Lamellen;
- Ermittlung der Steifemoduli
- Berechnung der Setzung
( Setzungsermittlung mit Hilfe lotrechter Spannungen im Boden )
2. Über SetzungsEinflusszahlen und geschlossene Formel, z.B. Kany
Eine Tonprobe wird im Kompressionsversuch unter einer bestimmten Belastung auf ihr Zeit-
setzung-verhalten untersucht.
Eine Auftragung der Setzungswerte über die Zeit (log.Maßstab) ergibt das folgende Bild:
In welchem Zustand befindet sich die Probe im Pkt A?
mitten im Konsolidationsvorgang;
Welche Ursachen können Setzungsunterschiede, d.h. Schiefstellungen von Fundamenten
haben?
- unregelmäßiger Baugrund (Tonlinsen);
- Schichten wechselnder Mächtigkeit;
- exzentrische Belastung;
- Einflüsse benachbarter Fundamente;
- ungleiche Gründungssysteme und -tiefen;
Definiere den Begriff: Erddruck
-wenn Erdstoffe durch eine leicht geneigte Wand begrenzt sind, dann wirkt zwischen der Wand und dem Boden ein bestimmter Druck. Diesen nennt man Erddruck
Wie entstehen Setzungen?
-resultieren aus der Zusammendrückung darunterliegenden Schichten
-je weicher die Bodenform, desto größer die Setzungen
-Zusammendrückung ist mit vertikalen Spannungen verbunden
-> Bodeneigengewicht, Grundwasser, Auflasten
Was bedeutet Zusammendrückbarkeit ?
-einachsige Beanspruchung
-Boden verformt sich sowohl elastisch als auch plastisch
->elastisch: entsteht durch Volumenänderung der Körner
->Volumenänderung des Porenraumes
Wofür wird ein Oedometerversuch verwendet?
-Maß für die Zusammendrückbarkeit eines Bodens in Abhängigkeit von der aufgebrachten Druckspannung zu erhalten
Wie werden die Ergebnisse dieses Oedometerversuches dargestellt?
-Zeit-Setzungslinie
-Druck-Setzungslinie
-Druck-Porenzahl Diagramm
Nenne die 3 Verdichtungsanteile die in den Zeit-Verdichtungskurven entnommen werden können.
-initiale Verdichtung
-primäre Verdichtung
-sekundäre Verdichtung
Was kann aus dem Oedometerversuch abgeleitet werden?
- Verdichtungszahl, Verdichtungsbeiwert, Kompressionsbeiwert,
Schwellbeiwert, Rekompressionsbeiwert und Durchlässigkeit des Bodens
Was kann aus dem Druck-Setzungs-Diagramm ermittelt werden?
Steifemodul Es
Wovon hängt der Steifemodul ab?
Belastungsgeschichte
Wie entstehen großflächige vertikale Spannungen?
-Bodeneigengewicht und Grundwasser (bzw. GW-Absenkung und
Strömungsvorgängen)
Wie entstehen lokale, räumliche begrenzte Spannungen?
-aus Fundamenten eines Bauwerkes, Dammschüttung oder Bodenaushub
Mit welcher Hilfe kann man die jeweilige Spannungen in der Tiefe ermitteln?
-mittels des Superpositionsprinzips
Was versteht man unter Setzung?
- zeitabhängige Vertikalverschiebung der Baugrundoberfläche
Durch welche 2 Arten treten Setzungen auf?
-Zusatzlasten: Gebäude, GW-Absenkung
-äußere Einflüsse: GW-Strömungen, Erschütterungen, bergbauliche Maßnahmen
Welche 3 Arten der Vertikalverschiebungen gibt es? Erläutere diese.
-Senkung: Verschiebung ganzer Bodenschicht durch Einbruch
-Sackung: durch Last und Erschütterung kann Korngefüge einstürzen
-Setzung: Senkrechte Verschiebung der Oberfläche infolge Spannungsänderung
Welche 4 Einflüsse gibt es auf die Größe der Sackung?
-Kornform/verteilung, Dichte des Bodens, Größe der Auflast, Wassergehalt der
Fluten
Wodurch werden Setzungen hervorgerufen?
-Form oder Volumenänderung
Welche 3 Setzungsarten gibt es?
-Sofort-/ Primär-/ Sekundärsetzung
Mit welchen 2 Verfahren werden Setzungsermittlungen berechnet?
-Setzungsermittlung mit Hilfe der lotrechten Spannungen im Boden
-Setzungsermittlung mit Hilfe geschlossener Formel
Wie erfolgt die direkte Setzungsberechnung?
-mit Hilfe von geschlossenen Formeln.
Wovon geht man bei der indirekten Setzungsberechnung an?
-man geht von der Zusammendrückung der jeweiligen Schichten nur in vertikaler Richtung aus
Wie entstehen Schäden?
-wenn sich zwei benachbarte Punkte unterschiedlich ansetzen
->SETZUNGSDIFFERENZ
-führt zur Verkantung von Bauwerken
Was sind Gründe für die Setzungsdifferenz?
Definiere Erddruck
wenn Erdstoffe durch eine leicht geneigte oder lotrechte Wand begrenzt wird, dann wirkt zwischen der Wand und dem Boden ein bestimmter Druck. Diesen Druck nennt man Erddruck.
Nennen Sie 3 Erddruckarten. Zeichnen sie zu jeder Art eine Skizze als Bsp.
Was ist ein Ödometer-Versuch (Randbedingungen)?
Welcher Bodenparamter wird durch den Ödometerversuch bestimmt?
ist ein einaxialer Kompressionsversuch mit verhinderung der Seitendehnung. Dabei wird ein Kompressionsapparat verwendet, um ein Maß für die zusammenddrückbarkeit eines Bodens in Abhängig von der aufgebrachten Druckspannung zu erhalten(Nach Terzaghi)
mit ihm wird Steifigkeitsmodul ES bestimmt.
Nennen Sie die Größenordnung eines dichten Sandes und eines weichen Tons im Ödometer
Esand: 40000 MN/m^2
Eton: 5000 MN/m^2
Eine Wassergesättigte Tonprobe wird im Ödometer erstmalig belastet.
Kreuzen Sie in der folg. Tabelle die zutreffenden Änderungen an:
Welche bodenmechanischen Kennwerte bestimmt man im Ödometer ?
Erläutern Sie den Unterschied zwischen elastische und plastische Verformung beim Drucksetzungsverhalten.
elastische Verformung= entstehen durch Volumenänderung der Körner
plastische Verformung= entstehen durch Volumenänderung des Porenraums (abhängig von der Abnahme des Wassergehalts w, bei wassersättigtem Boden)
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Steifemodul Es und Elastizitätsmodul:
Es= verhinderte Seitendehnung
E= freie Seitenausdehnung
Der Steifemodul gilt im Gegensatz zum Elastizitätsmodul nur für verhinderte Seitendehnungen. Die Beziehung zueinander erfolgt über die Querdehnungszahl.
Unterschied zwischen Verformungsmodul und Steifemodul eines Bodens ? Mit welchem Versuch werden diese Module bestimmt ?
Verformungsmodul= gibt Auskunft über die Druckfestigkeit und Tragfähigkeit einer Bodenprobe. Dient als Nachweis zur Eignung von Böden und Untergründen. Ermittlung mittels Lastplattendruckversuch
Steifemodul= dient zur Ermittlung von Setzungen. Ermittlung mittels Ödometerversuch mit verhinderter Seitendehnung.
Was ist der Unterschied zwischen aktivem und passivem Erddruck?
aktiver Erddruck:
Boden & Wand bewegen sich voneinander
aktiver Druck = kleinster Druck → Grenzzustand
passiver Erddruck:
Boden & Wand bewegen sich aufeinander zu
passiver Druck = größter Erddruck -> Erdwiderstand
Welchen Einfluss hat die Kohäsion bei der Erddruckberechnung?
verringert den aktiven Erddruck
vergrößert den passiven Erddruck
Welche Parameter beeinflussen die Größe & Richtung der Erddruckresultierenden bei einem Stützbauwerk mit homogener Bodenhinterlüftung ?
Wandneigung
Böschungsneigung
Wandreibungswinkel
Reibungswinkel
Kohäsion
Höhe des Stützbauwerks
Wichte
Nach welcher Seite muss die Wand bewegt werden, um aktiven Erddruck zu erzeugen ?
ist der aktive oder passive Erddruck größer ?
Welchen Erddruck setzen sie an, wenn die Wand sich nicht bewegt?
vom Boden weg
passiver Erddruck
Erdruhedruck Ko
Wie berechnet man Spannungen im Boden unter einem Fundament, wenn nur die Tafeln nach Steinbrenner zur Verfügung stehen, der interessierende Punkt aber nicht Echpunkt des Fundaments ist ?
Aufteilen des Fundaments in Rechtecke, sodass der Punkt, Eckpunkt von jedem Rechteck ist.
Aus welchen Anteilen setzt sich die totale Spannung o (Sigma) zusammen?
effektive Spannungen o´ (Sigma) werden vom Korngerüst übertragen
Porenwasserdruck u im Porenraum wirkender Wasserdruck (hydrostatisch, wenn keine Strömung(en) vorhanden )
o = o`+ u
Benennen und erläutern Sie das Prinzip der effektiven Spannung:
Effektive Spannungen Delta o ' sind Setzungsrelevante Spannungen, die durch eine Belastung auftreten
Delta o`= Delta o - Delta u
Delta o = setzungswirksame Spannung Delta u = Porenwasserüberdruck
Was sind Sohlspannungen?
Fundamente haben den Zweck, die äußeren Belastungen aus dem Bauwerk an den Boden abzugeben, wobei weder Bruchzustände im Boden (ULS) noch unzulässig große Verformungen (SLS) auftreten sollen
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