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Bodenmechanik (Subject) / SS2013 (Lesson)

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• Nennen Sie drei Einflussfaktoren der Scherfestigkeit eines nichtbindigen Bodens! Belastung Ungleichförmigkeitszahl Lagerungsdichte Kornform anisotropes Korngefüge
• Eine Böschung fängt an zu rutschen. Was kann man tun, um die Bewegung zu stoppen? Auflast entfernen Grundwasser absenken (Wasserdruck durch Drainage verringern) Böschung abflachen Pfähle, Schlitzwände, Spundwände am Böschungsfuß einbringen Anker Steinschüttung am Böschungsfuß
• Welche 2 Arten der Entwässerung sind beim Bau einer Stützmauer (nicht im Grundwasser)sicherzustellen? Begründung! die Drainage der Hinterfüllung die Ableitung des Oberflächenwassers ->Stützmauern (nicht im Grundwasser) werden nicht auf Wasserdruck bemessen!
• Durch welche Einflussgrößen wird die Scherfestigkeit eines Bodens bestimmt? Geben Sie vier Antworten. Normalspannung auf Scherfläche Korngrößenverteilung und Kornform Lagerungsdichte (nichtbindige Böden) Wassergehalt bindiger Böden
• Schon bei der Planung werden Baumaßnahmen unterschiedlichen geotechnischen Kategorien zugeordnet. Nennen Sie jeweils ein Beispiel für die Zuordnung! GK 1: Baumaßnahmen mit geringem Schwierigkeitsgrad, die mit vereinfachten Verfahren hinreichend beurteilt werden können (setzungsunempfindliche Bauwerke mit geringen Lasten, z.B. landwirtschaftliche Lagerhallen) GK 2: Baumaßnahmen mit mittlerem Schwierigkeitsgrad, die eine ingenieurmäßige Bearbeitung und rechnerische Nachweise erfordern (Regelfall) GK 3: Baumaßnahmen mit hohem Schwierigkeitsgrad, die eine ingenieurmäßige Bearbeitung und rechnerische Nachweise auf der Grundlage zusätzlicher Untersuchungen und von vertieften Kenntnissen erfordern (setzungsempfindliche      
• Nennen Sie 4 Standsicherheitsnachweise, die in der Geotechnik zu führen sind? Kippen, Gleiten, Grundbruch, aufnehmbarer Sohldruck, Böschungsbruch,   Aufschwimmen, hydraulischer Grundbruch etc
• Welche Spannungen werden beim Effektivspannungskonzept berücksichtigt? Wie sind diese definiert und wie lautet der funktionale Zusammenhang? Welche Größen nehmen die Spannungen im Grenzzustand des hydraulischen Grundbruchs qualitativ an? Totale Spannung s: greift am betrachteten Element als äußere Spannung an (2) Neutrale Spannung u: ist als hydrostatischer Druck im Element nicht verformungswirksam (PWD) (2) Effektive Spannung s’: wirkt im Korngerüst verformungswirksam (2) s’ = s – u (1)   der PWD muss größer als die totalen Spannungen werden. (3)
• In welchem Zusammenhang und warum wurde die ’Grenztiefe’ eingeführt und wie wird sie ermittelt? Bei Setzungsberechnungen σp = 0,2 * σü (2)   Begrenzung der setzungsrelevanten Tiefe, Setzung wird sonst überschätzt (2)
• Wovon ist die Mobilisierung des aktiven und passiven Erddruckes abhängig? Warum ist der Erdduckbeiwert für die Ermittlung des Erdwiderstandes größer als der des aktiven Erddruckes? Von der Größe der Wandbewegung in Abhängigkeit der Wandhöhe (2)   Weil das zu bewegende Bodenpaket größer ist ϑag < ϑpg (2)
• Was wird hinsichtlich der Zustandsgrößen des Bodens im Proctorversuch variiert? Welchem Zweck dient dieser Versuch? Der Wassergehal (1)t Ziel: Ermittlung des optimalen Einbau-Wassergehaltes wopt und der Proctordichte   ρpr zur Beurteilung des erreichten Verdichtungsgrades (2)
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• Nennen Sie die Unterschiede zwischen isotropem, transversal isotropem und ortotropem Steifigkeitsverhalten! Isotropie: Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung Transversale Isotropie:keine Kopplung zwischen Dehnungen und Schubverzerrungen gibt. Zusätzlich gibt es eine ausgezeichnete Richtung Ortotropie:   Spezialfall der Anisotropie. Jedes isotrope Material ist also auch orthotrop (und anisotrop), aber nicht jedes orthotrope ist isotrop.
• Nennen Sie 3 Lösungsmöglichkeiten der Laplace'schen Strömungsgleichung: - Graphische Lösung - Numerisch - Experimentell  
• Mit welchem Versuch wird die Verdichtung eines Bodens im Labor nachgewiesen und welche Parameter beeinflussen die erreichbare Verdichtung? Plattendruckversuch: Beeinflussende Parameter: Wassergehalt, Fallhöhe, Fallgewicht, Schlagzahl
• Welche Faktoren beeinflussen im Wesentlichen die Scherfestigkeit von nochtbindigen und bindigen Böden? (je 4) Nichtbindige Böden: - Lagerungsdichte D - Ungleichförmigkeitszahl U - Kornform - Belsastung   Bindige Böden: - Konsistenz IC - Wassergehalt - Kornverteilung - Überkonsolidation
• Beschreiben Sie die Versuchsdurchführung zur Ermittlung der Fließgrenze - gestörte Bodenprobe auf Glasplatte zu einer Paste aufbereiten - Schale mit Bodenprobe füllen, Oberfläche glatt streichen - mit Furchenzieher senkrecht zur Nockenwelle Furche ziehen - durch Drehen der Handkurbel Anzahl der Schläge bestimmen, die erforderlich sind, damit sich die Furche am Boden der Schale auf einer Länge von 10mm schließt
• Bis zu welcher Tiefe sollten Baugrubenuntersuchungen durchgeführt werden? Soweit wie das Bauwerk den Boden beeinflusst.
• Warum können die Ergebnisse von Setzungs- und Erddruckberechnungen niemals exakt mit den realen Verhältnissen übereinstimmen? (5 Gründe + Erläuterung) - Inhomogenität des Bodens - Unterschiedliche Lage des GW-Spiegels - Schichtenverlauf nicht geradlienig - Umweltbedingungen - die Bodenproben decken nicht das gesamte Bodenfeld sondern sind nur Stichproben
• Warum können bei der GW-Absenkung Setzungen auftreten? - Der Boden steht nicht mehr unter Auftrieb - daraus resultiert ein zusätzliches Gewicht in Form einer unendlich ausgedehnten Last -> Setzungen (unendlich ausgedehnte Belastung -> Spannungen über die Tiefe nehmen nicht ab)
• Beschreibung Trockensiebung: - Boden wird getrocknet - Probe wird gewogen und dann in einen Siebturm gegeben - nach dem Sieben wird jeder Siebrückstand gewogen und in ein Siebliniendiagramm eingetragen
• Was versteht man in der Bodenmechanik unter dem Begriff des "diletanten" Verhaltens? Wie lautet die Bezeichnung für das gegensetzliche Verhalten? - Volumenvergrößerung durch Auflockerung unter Einwirkung von Scherflächen - Gegensätzliches Verhalten: Kontraktanz 
• Bestimmung der Schrumpfgrenze nach DIN 18122-2 1. Bodenprobe bei Zimmertemperatur bis zum Farbumschlag zum Hellen trocknen, dann bei 105°C bis zur Massenkonstanz trocknen 2. nach Abkühlung wiegen und das Volumen Vd des trockenen Probekörpers ermitteln
• Nennen und erklären Sie anschaulich die 3 unterschiedlichen Erddruckarten! - aktiver Erddruck: Wandbewegung vom Erdreich weg. Druck, der die Wand von der Erde wegschieben will. - Erdruhedruck: Erddruck, der auf eine unverschiebliche Wand wirkt (keine Wandbewegung) - passiver Erddruck: Wandbewegung zum Erdreich hin
• Nennen Sie 2 Versuchsgeräte zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Böden und erläutern Sie den grundsätzlichen Unterschied bezüglich der Scherfugenausbildung. - Kastenschergerät: Scherfugenausbildung ist erzwungen - Triaxialzelle: Scherfugenausbildung ist frei
• Ein Bauwerk wird mit einem als Wanne ausgebildeten Kellergeschoss im Zuge einer Grundwasserhaltung hergestellt. Welches Problem entsteht beim Abschalten der GW-Haltung und wie ist dieses beherrschbar (2 Möglichkeiten)? -> Aufschwimmen - Rückverankerung des Bauwerks im Baugrund (Pfähle) - Ballastieren des Bauwerks
• Mit welchem Modell wird das Effektivspannungskonzept erläutert? Terzaghi Tonmodell
• Unter einem fallenden Grundwasserhorizont ändern sich die Spannungen im Boden. Geben sie an, welche Spannungen sich ändern und um welchen Betrag! - effektive Spannung: δ' = Δh · γw   - neutrale Spannung: u= -Δh + γw
• Unter einem Fundament steht in Fall a) bindiger Boden und in Fall b) nichtbindiger Boden an. Wie unterscheiden sich qualitativ die einzelnen Bestandteile des Grundbruchwiderstandes? a) Breitenglied ist bei bindigen Böden größer b) bei nichtbindigen Böden ist kein Kohäsionsglied vorhanden
• Welchen Einfluss hat die Ungleichförmigkeitszahl U eines nichtbindigen Bodens auf die Verdichtbarkeit? - U-Zahl gibt Auskunft über die Korngrößenverteilung, je ungleichförmiger desto besser lässt sich ein Boden verdichten.
• Welche Ursachen können Setzungsunterschiede, d.h. Schiefstellungen von Fundamenten haben? - Sackungen: infolge GW-Stand-Änderungen - Senkungen: "Bergsenkungen", Bodensenkungen - Setzungen: abhängig von der Steifigkeit der unterschiedlichen Böden
• Filtergesetz von Darcy: In welchem Zusammenhang stehen die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers und die Filtergeschwindigkeit? vF = k · i mit: vF = Filtergschwindigkeit [m/s]        k= Durchlässigkeitsbeiwert [m/s]        i = hydraulisches Gefälle/ Gradient   vw = vF / n mit: vw = wahre Fließgeschwindigkeit        n = Porenanteil
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• Was ermittelt man mit einer kombinierten Sieb-Schlämm-Analyse und wie wird sie durchgeführt? Welches Gesetz wird angewendet? - Korngrößenverteilung wird ermittelt - basiert auf dem Gesetz von STOKES
• In welchen Böden und warum ist ein Mindestdruck anzusetzen? In bindigen Böden, da Zugkräfte aufgenommen werden können
• Wie errechnet sich der Mindesterddruck? Mindesterddruck entspricht dem Erddruckbeiwert, der sich bei φ = 40° und c = 0 infolge Bodeneigenlast ergibt.
• Was beschreibt der kennzeichnende Punkt und warum wird er benötigt? Ort einer Grundrissfläche in dem die gleichmäßige Setzung eines starren Fundamentes mit denen des vollkommen schlaffen Fundamentes übereinstimmen.
• Geotechnische Kategorien: Beispiele GK1: landwirtschaftliche Lagerhallen GK2: Einfamilienhaus GK3: Hochhaus
• Wie wird der Anteil organischer Bestandteile in einer Bodenprobe ermittelt? Beschreiben Sie die Ermittlung: mit dem Glühverlust.   vGl = (md - mGl) / md mit: md = Trockenmasse        mGl = Masse der Bodenprobe nach dem Glühen
• Welcher Kennwert kann nach Hazen oder Beyer aus einer Sieblinie ermittelt werden? Der Durchlässigkeitsbeiwert kann aus der Korngrößenverteilung bestimmt werden!
• Beschreiben Sie die Versuchsdurchführung einer Drucksondierung nach DIN EN ISO 22476-1. Welche Kennwerte werden ermittelt und worauf kann mittels der erhaltenen Kennwerte geschlossen werden? Kegelförmige Spitze (10cm2) wird über ein Gestänge konst. in den Boden gedrückt und der Widerstand N gemessen -> Spitzendruck qc und Mantelreibung Is   Über das Reibungsverhältnis von Is/qc und den Spitzendruck qc kann auf die Bodenart geschlossen werden.
• Unter einem Fundament steht in Fall a) Grundwasser an, in Fall b) kein Grundwasser. In welchem Fall ist die Grundbruchsicherheit größer und warum? Je größer die Scherfestigkeit des Bodens, desto größer ist die Grundbruchsicherheit. -> die Wichte γ ist bei GW geringer -> Im Fall a) mit Grundwasser ist die Grundbruchsicherheit geringer als bei b)
• Benennung von Bodenarten mit der Kurzschreibweise: - Kies: Gr - Sand: Sa - Schluss: Si -Ton: Cl   Grob: C Mittel: M Fein: F
• Wovon hängt der Sohlreibungswinkel ab, der für den NW gegen Gleiten bestimmt werden muss? - Oberflächenbeschaffenheit der Bodenschicht - anstehende Bodenschicht
• Aufgrund saisonaler GW-Schwankungen ist ein Fundament für den Fall: GW bis zur Fundamentunterkante und erdfeuchter Boden nachzuweisen. In welchem Fall ist die Grundbruchsicherheit kleiner? +Begründung - Grundbruchsicherheit ist kleiner, wenn GW vorhanden ist. - Wichte des Bodens ist geringer bei Auftrieb
• Beschreibung Schlämmanalyse: - Boden wird mit Wasser versetzt - Durch unterschiedliche Dichte besitzen die einzelnen Komponenten des Bodens unterschiedliche Absenkgeschwindigkeiten. Um diese zu messen wird ein Aerometer verwendet. Durch die Eindringtiefe werden die Dichte & daraus die Massenanteile ermittelt. Gesetz von STOKES
• Grenzsetzung Zu einer Setzungsberechnung werden i.A. nur Spannungen bis zu einer Grenztiefe herangezogen. Diese ist dort, wo 20% des Primärspannungszustandes der Spannung in Folge Auflast entsprechen.
• Grenztiefe Die Grenztiefe liegt gewöhnlich in einer Tiefe von z=b bis z=2b, wobei b die Breite des Fundamentes bedeutet.
• Was unterscheidet den verbesserten bzw. modifizierten Proctor-Versuch vom herkömmlichen Verfahren? Herkömmlicher Proctor-V.: - Fallgewicht: 2,5 kg - Fallhöhe: 30cm   Verbesserter Proctor-V.: - Fallgewicht: 4,5kg - Fallhöhe: 45cm - 5 Lagen
• Welches Ergebnis ist im Vergleich zum herkömmlichen Proctor-V. bei der verbesserten Variante zu erwarten und warum wird der verbesserte immer häufiger durchgeführt? - Abhängigkeit der Proctordichte von der Verdichtungsenergie - genauere Werte
• Erläutern Sie die Begriffe totale, neutrale und effektive Spannung: - totale Spannung: greift am betrachteten Element als äußere Spannung an. - neutrale Sp.: ist als hydrostatischer Druck im Element nicht verformungswirksam - effektive Sp.: wirkt im Korngerüst, ist verformungswirksam
• Geben Sie den funktionalen Zusammenhang von totaler, neutraler und effektiver Spannung an: δ = δ' + u   mit: δ = totale Spannung δ' = effektive Spannung u = neutrale Spannung

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