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Bodenmechanik (Fach) / SS2013 (Lektion)

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• Von welchen Faktoren wird die Scherfestigkeit eines nichtbindigen Bodens beeinflusst? - Lagerungsdichte D - Ungleichförmigkeitszahl U - Kornform - Belastung
• Berechnung von Sickerströmungen Annahme zur Ableitung der Laplace'schen Gleichung 1. Gültigkeit des Darcy'schen Gesetzes 2.Boden ist homogen, isotrop und wassergesättigt 3. Wasser ist inkompressibel 4. Korngerüst ist starr 5. System ist quellen- und setzfrei
• Von welchen Einflüssen hängt die Scherfestigkeit eines bindigen Bodens ab? - Konsistenz IC - Wassergehalt - Kornverteilung - Überkonsolidation - Verformungsmöglichkeiten
• Schürfgruben: - Anwendungsbereiche - bei Bauten mit geringen Lasten - bei erwartetem Festgestein in geringer Tiefe - bei bekanntem günstigen Baugrund
• Schürfgruben: - Probenentnahme Die Proben werden mit Entnahmegeräten mit Schneideverfahren oder blockartigen Proben (Blockproben) gewonnen.
• Schürfgruben: - Vorteile - hohe Probegüte - räumlicher Schichtenverlauf gut erkennbar - Proben können je nach Größe und Richtung von Hand gewonnen werden
• Sondierungen: - Verfahren - Rammsondierung - Standard Penetrations Test - Drucksondierung - Flügelsondierung - Isotopensondierung - Seitendrucksondierung   -> sie können von der Gelendeoberfläche oder aus Borlöchern heraus durchgeführt werden
• Versuchsdurchführung - Drucksondierung (CPT Cone Penetration Test) - kugelförmige Spitze (10cm2) wird über ein Gestänge konstant in den Boden gedrückt und der Widerstand N gemessen.   -> Spitzendruck qc und Mantelreibung fs   - über das Reibungsverhältnis von fs/qc und den Spitzendruck qckann auf die Bodenart geschlossen werden.
• Gesteinsarten - Vulkanite/ Ergußgesteine - Magmatische Gesteine - Sedimentgesteine - Metamorphe Gesteine
• Bemessungssituationen nach DIN 1054-2010 Mit den Bemessungssituationen soll bestimmt werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit und über welchen Zeitraum eine bestimmte Einwirkung auf Tragwerk vorhanden ist. - ständige Bemessungssituation: BS-P - Vorübergehende Bemessungsituation: BS-T - Außergewöhnliche BS: BS-A - Bemessungssituation Erdbeben: BS-E
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• Definition: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit SLS Die für die Benutzung eines Bauwerks festgelegten Bedingungen sind nicht mehr eingehalten. Die Lasten und Kräfte können aber noch in den Boden eingeleitet werden.
• Grundbruchnachweis: - Die Größe der Bruchlast ist abhängig von: - Der Scherfestigkeit in der Bruchfuge, die sich aus der inneren Reibung und der Kohäsion zusammensetzt - Der Gründungstiefe d; je größer d, desto größer die Auflast auf dem Bruchkörper, die die Grundbruchsicherheit erhöht - Der Fundamentsbreite b; je größer b, desto größer der Bruchkörper und damit die Grundbruchsicherheit
• Standsicherheitsnachweise- Gleitfuge: - Innere Schnittkräfte, die nicht in die Berechnung der Sicherheit eingehen - Erddruck - Verankerung im Bruchkörper - Absützung im Bruchkörper
• Die Grenztragfähigkeit eines Pfahls ist erreicht, wenn: - der Pfahl ohne weitere Laststeigerung sichtbar einsinkt oder - der Pfahlbaustoff versagt - die Setzung 10% des Pfahldurchmessers erreicht hat
• Gesteine (jeweils 3 Bsp zu den Hauptgesteinsarten) - Sedimentgesteine (Tonstein, Sandstein, Kalkstein) - Metarmorphe Gesteine (Quarzit, Grünschiefer, Marmor) - Magmatische Gesteine (Granit, Gabbro, Basalt)
• Standsicherheitsnachweis: Äußere Kräfte, die in die Berechnung eingehen: - Verankerung außerhalb des Bruchkörpers - Dübelwirkung eines Pfahlrostes - Dübelwirkung einer Spundwand
• Homogenität Gleiche Gestigkeitseigenschaften in derselben Richtung in jedem Punkt des Bodens.
• Isotropie Gleiche Festigkeitseigenschaften in jeder Richtung durch irgendeinen Punkt innerhalb eines Bodens.
• Aufschlüsse der Baugrundverankerung erhält durch: - Schürfungen - Bohrungen - Sondierungen - Plattendruckversuche
• Kernbohrungen: Welche Verfahren gibt es? - Rammkernbohrverfahren (Entnahmewerkzeuge: Schnappe, Einfachkernrohr, Kernfänger) - Rotationskernbohrverfahren    * Luft-, Wasser- ohne Spülung    * Doppel- oder Dreifachkernrohre    * Seilkernrohr    * Schlauchkernverfahren
• Plattendruckversuch Boden wird durch eine kreisförmige Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet. Einsatz im Erdbau zum NW des Verdichtungsgrades
• Plattendruckversuch Boden wird durch eine kreisförmige Lastplatte mit Hilfe einer Druckvorrichtung wiederholt stufenweise be- und entlastet. Einsatz im Erdbau zum NW des Verdichtungsgrades
• Warum treten bei bindigen Böden die Setzungen verzögert zur Belastung auf? Von welchen Parametern und Randbedingungen hängt dieser Vorgang ab? Zu Beginn trägt das Porenwasser die komplette Last. Über die Zeit wird das Porenwasser herausgedrängt, der Porenwasserüberdruck wird abgebaut und das Korngerüst übernimmt die Lasten, wodurch die Setzungen entstehen.   Abhängig von: - Durchlässigkeit - Auflast - Drainagemöglichkeiten - Drainagewege
• Klassifizierungsversuche von Böden - Korngrößenverteilung - Plastizitätsgrenzen - organische Bestandteile
• Zustandsbeschreibende Versuche von Böden - Wassergehalt in Verbindung mit den Plastizitätsgrenzen (v = Ic) - Dichte in Verbindung mit den Grenzen der Lagerungsdichte (n,e)
• Definition: Kennzeichnender Punkt Ort einer Grundrissfläche, in dem die gleichmäßigen Setzungen eines starren Fundamentes mit denen des vollkommenen schlaffen Fundamentes übereinstimmen.
• Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) - EQU, UPL, HYD:    Gleichgewichtsverlust ohne Bruch: Kippen, Aufschwimmen, hydraulischer Grundbruch - GEO-2    Versagen durch Bruch in Bauwerk oder Bruch des stützenden Baugrundes: Gleiten, Grundbruch - GEO-3    Versagen des Baugrundes einschließlich möglicher Bebauung: Böschungsbruch, Geländebruch
• Standsicherheitsberechnungen bei Flächengründungen nach DIN 1054-2010 Bei Flächengründungen erfolgt Lastabtrag immer über Sohlfläche. Folgender Nachweise sind zu führen: - NW der Tragfähigkeit ULS    * Kippen (EQU)    * Gleiten (GEO-2) - NW der Gebrauchstauglichkeit SLS    * Kippsicherheit ohne klaffende Fuge    * Setzung und Verdrehung
• Arten der Bruchmechanismen: - Einzelner Gleitkörper mit gerader Gleitlinie - Einzelner Gleitkörper mit kreisförmiger Gleitlinie - beliebig ?einsinnig grkrümmte Gleitfuge - zusammengesetzte Bruchmechanismen mit mehreren Gleitkörpern und geraden Gleitlinien
• Versuchsdurchführung: Rammsondierung - Feststellung des Eindringwiderstandes N durch lotrechtes Einbringen einer Rammsonde mittels Rammbären - Ermittlung der Schlagzahl N10 für die Eindringtiefe von 10cm
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• Standard Penetration Test -> ausgehend von Bohrlochsohle Versuchsdurchführung: - Feststellung des Eindringwiederstandes N durch das Einbringen eines Probeentnahmegeräts mittels Rammbären - Ermittlung der Schlagzahl N30 für die Eindringtiefe von 30cm
• Versuchsdurchführung: Flügelsondierung Die Flügelsonde wird von der Oberfläche oder von der Bohrlochsohle aus bis zur gewünschten Tiefe gedrückt. Die Überdeckung sollte ≥ 30cm betragen. Anschließend wird mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit (30°/min) gedreht, bis es zum Bruch des Bodens kommt. Das dabei ermittelte, maximale Drehmoment ermöglicht die Berechnung Scherwiderstandes.
• Was sind isobare? Linien gleicher Druckspannung; sie bilden die sogenannte Druckzwiebel 
• Welche Setzungsarten gibt es? 1. sofortige Setzung 2. Primärsetzung 3. Kriechen (sekundäre Setzung)
• Setzungsarten: - Primärsetzung Auch konsolidierungssetzung: infolge mehr oder weniger schnellen Auspressens des Porenwassers. Findet nur in schwach durchläsigen konsolidierungsfähigen Böden statt.
• Wann entsteht aktiver Erddruck? Entsteht z.B. wenn bei einer Baugrubenwand Verformungen zugelassen werden (Spundwand)
• Wann entsteht passiver Erddruck? Entsteht z.B. beim Verspannen der Wand gegen das Erdreich durch Steifen oder Anker.
• Warum wird Boden als Mehrphasen-System bezeichnet? Welche Phasen gibt es? Boden besteht aus drei verschiedenen Zuständen: - fest (Körnung) - flüssig (Wasser in Poren) - gasförmig (Lust in Poren)
• Welches Laborverfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18125 schlagen Sie für folgenden Boden vor? - Sand, feinkiesig/ Feinsand, stark mittelsandig Trockensiebung: - erhitzen der Probe auf 105°C - sieben mit verschiedenen Sieben - durch Wägung und Volumenmessung der einzelnen Siebrückstände die Korngrößenverteilung bestimmen
• Welches Laborverfahren zur Bestimmung der Korngrößenverteilung nach DIN 18125 schlagen Sie für folgenden Boden vor? - Schluff, feinsandig, mittelsandig/ Ton, schwach schluffig Schlämmanalyse: - erhitzen auf 105°C und Siebung < 0,125mm - Rückstände in Wasser auflösen - mit Hilfe Aerometer Absinken der Bestandteile messen -> Körnungslinie bestimmen
• Wie wird der Anteil organischer Bestandteile in einer Bodenprobe ermittelt (Formel)? (Masse der Probe mit organischen Bestandteilen) / (Masse der trockenen Probe) = morg / md
• Einflüsse, die organische Bestandteile auf das Verhalten von Boden haben:
  - binden Wasser
  - erhöhen den Porenanteil -
  verschlechtern Verformungs- und Festigkeitseigenschaften - verringern die Plastizität - erhöhen die Festigkeit      
• Welchen Einfluss hat die Ungleichförmigkeit eines nichtbindigen Boden auf die Verdichtbarkeit? Je ungleichförmiger der Boden (je größer die Ungleichförmigkeitszahl), desti besser ist die Verdichtbarkeit.
• Auf welche Böden ist der Begriff lagerdicht anwendbar? Nur auf nichtbidnige Böden!
• Welche Bodenkennwerte müssen zur Berechnung der Lagerdichte im Labor noch bestimmt werden, wenn der Porenanteil bei natürlicher Lagerung bereits bekannt ist? Dichteste und lockerste Lagerung
• Proctorversuch: - Beschreibung - was wird damit bestimmt? Einer Bodenprobe (Trockenrohdichte ρd bekannt) wird in einem definierten Gefäß nach einem festgelegten Arbeitsverfahren vordefinierte Energie über einen Proctorverdichter zugeführt und anschließend die erzielte Dichte ermittelt.Der Versuch wird mindestens fünfmal mit unterschiedlichen Wassergehalten durchgeführt. Man erhält ein Kurvendiagramm. Das Maximum dieser Kurve ist die Proctordichte  des Bodens mit zugehörigem optimalen Wassergehalt .
• Welche Arten von senkrechten Verschiebungen können in einem Baugrund auftreten? Erläutern Sie kurz die Ursachen. Senkung: Einbruch einer Bodenschicht in einen Hohlraum in größerer Tiefe (Erdfall in Höhle, Bergsenkung) Sackung: Bodenüberflutung, Wegfall der "scheinbaren" Kohäsion -->Erhöhung der Lagerungsdichte Setzung: Spannungsänderung( infolge Bauwerkslast)
• Erläutern Sie den Begriff und Vorgang der Konsolidation! Abbau des Porenwasserdrucks, dadurch Setzungen wegen der Erhöhung der effektiven Spannungen.
• 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 größere a) bei keinem, da Spannungen nur von der Geometrie abhängig sind. b) beim Tonboden, da dieser ein kleineres Es besitzt
• Es gibt 2 Scherversuche mit denen in der Bodenmechanik innere Reibungswinkel bestimmt werden. Nennen Sie die Versuche, wesentliche Unterschiede: Triaxialversuch: freie Ausbildung der Scherfläche Kastenscherversuch: vorgegebene, erzwungene Scherfuge

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