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Autor(en) Titel Zeitschrift Ausgabe Seite Rubrik
Novák, Balthasar; Pelke, Eberhard; Boros, Vazul; Reinhard, Jochen; Berger, Dieter Endverankerungen bei Ertüchtigung von Brücken mit externer Vorspannung Beton- und Stahlbetonbau 2/2015 138-154 Fachthemen

Kurzfassung

Die Instandsetzung von bestehenden Massivbrücken durch externe Vorspannung kann eine effiziente Maßnahme der Tragwerksertüchtigung darstellen. Durch den Einbau von zusätzlichen externen Spanngliedern ist es möglich, Defizite in der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit von Bauwerken zu kompensieren und dadurch eine Verlängerung der Nutzungsdauer zu erreichen. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Abhandlung erfolgte eine systematische Analyse dieser Art von Verstärkungsmaßnahmen, um vorhandene und bisher nicht bekannte Defizite ausgeführter Ertüchtigungen im Speziellen bei den Endverankerungssystemen aufzuzeigen. Auf Basis der Erkenntnisse der Untersuchungen wurden Varianten für die Verankerung der hohen Kräfte aus externer Vorspannung erarbeitet und bereits angewandte Konzepte diskutiert und Verbesserungspotenziale aufgezeigt. Weiter wurden verschiedene Planungshilfen erstellt, um den Planungsablauf zu vereinheitlichen und zu erleichtern.

Anchorages of external tendons for strengthening reinforced concrete bridges
Additional prestressing of existing reinforced concrete bridges using external tendons represents an efficient method of structural retrofitting. The installation of external tendons leads to a reduction of deficiencies in safety, serviceability and durability, thus increasing the expected lifespan of the bridge. A scientific research project was initiated to analyze potential vulnerabilities of such measures - especially at the anchorage devices- , considering the insights from several recently retrofitted bridges. Based on the results from this study new concepts for the anchorage of the significant external prestressing forces into the existing superstructure are introduced. Common solutions of this detail are examined and improvements are proposed. Furthermore several tools have been developed to facilitate and standardize the planning process.

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Akkermann, Jan; Hewener, Alexander Seismische Isolierung des Gebetssaals der Großen Moschee von Algerien Beton- und Stahlbetonbau 2/2015 155-161 Fachthemen

Kurzfassung

In Algier entsteht derzeit die drittgrößte Moschee der Welt, deren Gebetssaal für den Besuch von bis zu 32 000 Gläubigen ausgelegt wurde. Der Architekturidee von einer hohen Transparenz des Innenraums folgend wurde ein spezielles, dreidimensionales Aussteifungssystem ohne innenseitige Aussteifungselemente entworfen. Nordalgerien liegt in einer seismisch hochaktiven Zone. Zur Gewährleistung der Standsicherheit des monumentalen Bauwerks wurde eine seismische Isolierung mittels Gleitpendel-Isolatoren gewählt. Ferner werden viskose Hydraulikdämpfer zur Reduzierung der Erdbebenverformung verwendet. Der Artikel beschreibt Erdbebenentwurf und -bemessung des Gebäudes und stellt die normativen Besonderheiten bei der Planung, der Ausschreibung und der Ausführung der Konstruktion gemäß Euronormen (EN) vor.

Seismic Isolation of the Prayer Hall of the Great Mosque of Algiers
The world's third largest mosque, whose prayer hall is designed for up to 32 000 believers, is presently under construction. Following the architectural idea of a high transparency inside the hall, a special three-dimensional stiffening system without inner shear walls or bracings was designed. Northern Algeria is a strong motion area. To assure the structural safety of the monumental building a seismic isolation with sliding- isolation-pendulum was chosen. Furthermore fluid viscous dampers were arranged to reduce the earthquake displacements. The article describes the earthquake design and the related calculations and presents the specialties in the design codes concerning the planning, the tender documents and the execution of the constructions according to European codes (EN).

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Hadl, Philipp; della Pietra, Regina; Hoang, Kim Huy; Tue, Nguyen Viet; Pilch, Erwin Anwendung von UHPC als direkt befahrener Aufbeton bei der Integralisierung eines bestehenden Brückenbauwerks in Österreich Beton- und Stahlbetonbau 2/2015 162-170 Berichte

Kurzfassung

Ultrahochleistungsbeton (UHPC) hat dank seiner hohen Festigkeiten und hervorragender Dauerhaftigkeit großes Potenzial für die Instandsetzung und Verstärkung von bestehenden Bauwerken. Die Umsetzung bei diesem Pilotprojekt erfolgt durch den Einsatz einer dünnen UHPC-Schicht, die eine Tragfähigkeitserhöhung bewirken und gleichzeitig die Abdichtung sowie den bituminösen Belag ersetzen soll. Gewöhnliche Schwachstellen wie undichte Stellen oder Spurrillenbildung können so auf ein Minimum reduziert werden. Neben einer Druckfestigkeit von ca. 180 MPa lässt sich mit dem für das Pilotprojekt entwickelten Beton ein Gefälle von bis zu 4.5 % realisieren. Insgesamt wurden bei diesem Pilotprojekt über 40 m3 UHPC in einem gewöhnlichen Transportbetonwerk hergestellt und als Ortbeton auf der Baustelle eingebaut. Mit der Umsetzung dieses Pilotprojekts in Österreich konnte die Praxistauglichkeit der Verstärkungsmethode mit UHPC erprobt werden.

Application of UHPC as road bridge topping within the adaptation of an existing conventional bridge to an integral abutment bridge in Austria
Ultra-high performance concrete (UHPC) has a high potential for the repair and retrofitting of existing reinforced concrete structures. A thin UHPC layer of a few centimeters can replace the waterproofing as well as the asphalt pavement and increase the load-carrying capacity. Due to its excellent durability properties, a longer service life of bridge decks made of UHPC can be expected. This paper presents the application of UHPC in the renovation of an existing reinforced concrete motorway bridge in Austria. The development of a UHPC with a compressive strength of 180 MPa, which enables a superstructure with a cross slope up to 4.5 % was necessary for this pilot project. In total, more than 40 m3 UHPC were produced in a ready-mix concrete plant and cast on site. Within this project a successful transfer of laboratory findings into practical productions under on-site conditions was achieved.

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Beton- und Stahlbetonbau aktuell 2/2015 Beton- und Stahlbetonbau 2/2015 171-173 Beton- und Stahlbetonbau aktuell

Kurzfassung


Persönliches:
Holger Svensson - 70 Jahre (Hans-Peter Andrä)

Nachrichten: Forschungskolloquium “Betonstraßenbau” in Dresden / Landwirtschaftliches Bauen mit Beton

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Kongresse - Symposien - Seminare - Messen Beton- und Stahlbetonbau 2/2015 174-177 Veranstaltungskalender

Kurzfassung

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Content: Geomechanics and Tunnelling 2/2015 Geomechanics and Tunnelling 2/2015 Content

Kurzfassung

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Ehrbar, Heinz German rail infrastructure at a turning point / Deutschlands Schieneninfrastruktur an einem Wendepunkt Geomechanics and Tunnelling 2/2015 90-91 Editorial

Kurzfassung

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News: Geomechanics and Tunnelling 2/2015 Geomechanics and Tunnelling 2/2015 92-102 News

Kurzfassung

Work starts on a further main contract of the Koralmbahn / Baustart für weiteres Hauptbaulos der Koralmbahn
Start of tunnelling in the second bore of the Burgberg Tunnel / Vortriebsbeginn für zweite Röhre Burgbergtunnels
Ground breaking ceremony for the GKI inclined shaft / Anschlagfeier für GKI-Schrägschacht
New record for a Herrenknecht TBM / Neuer Rekord für Herrenknecht-TBM
Crossrail TBM Elizabeth reaches the last intermediate station / Cross Rail-TBM Elizabeth erreicht letzte Zwischenstation
Breakthrough in the Tunnel de Court / Durchbruch im Tunnel de Court
Wet commissioning of the pumped storage hydropower station Reißeck II / Nasse Inbetriebsetzung des Pumpspeicherkraftwerks Reißeck II
Third line section of the NBS Wendlingen-Ulm awarded / Dritter Streckenabschnitt für NBS Wendlingen-Ulm vergeben
Swiss Tunnel project under the leadership of Porr / Schweizer Tunnelprojekt unter der Führung von Porr
Handbook Monitoring / ÖGG-Handbuch Monitoring
ILF receives an optimisation commission for the Austrian section of the Brenner Base Tunnel / ILF erhält Optimierungsauftrag für den österreichischen Abschnitt des Brenner Basistunnels
New ventilation for the Karawanken Tunnel / Neue Lüftung für den Karawankentunnel
36th Annual short course on grouting fundamentals and current practice
Call for papers - Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling / Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

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Gisi, Bruno; Schöbel, Stefan High-performance conventional tunnelling - The Bibra Tunnel on project VDE 8, Germany / Konventioneller Hochleistungsvortrieb - Der Bibratunnel im Projekt VDE 8, Deutschland Geomechanics and Tunnelling 2/2015 103-114 Topics

Kurzfassung

The 123 km long Erfurt-Leipzig/Halle high speed train link connects in the north the cities of Berlin and Munich with Verona in the South as part of the EU's Trans-Europe Network. The project which is designed for a top speed of 300 km/h is being managed by DB Projekt Bau, a subsidiary of Deutsche Bahn. The total cost of this section between Berlin and Munich including tunnels and bridges is estimated at 13 Mrd. Euro. On the project section VDE 8.2 between Erfurt-Leipzig/Halle three tunnels are being built with a total length of 15.4 km, each composed of two single track tubes with centers approx. 25 m apart. One tunnel is being executed by mechanized tunnelling, the two others by conventional drill and blast method. The longer of these two - the Bibra tunnel with a length of 6,466 m was awarded in January 2008 to the by Marti Tunnelbau AG lead J.V. for 209 m. Euro.
Concerning the implemented equipment - great emphasis is being put onto machines to increase the efficiency of the production as well as the handling of the muck by crushing the blasted material in the tunnel and transport it by conveyor belt systems with minimal emissions out of the tunnel to the final placement area.
Die 123 km lange Hochgeschwindigkeitsstrecke Erfurt-Leipzig/ Halle verbindet im Norden die Städte Berlin und München mit Verona im Süden, dies als Teil der Trans-Europa Hochleistungsbahnstrecke. Das Bahnprojekt ist für eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h ausgelegt und wird durch die DB Projekt Bau, einer Tochtergesellschaft der Deutschen Bahn, umgesetzt. Die Gesamtkosten dieses Abschnitts zwischen Berlin und München mit Tunneln und Brücken betragen ca. 13 Mrd. Euro. Auf dem Projekt-Abschnitt VDE 8.2 zwischen Erfurt-Leipzig/Halle werden drei Tunnels mit einer Gesamtlänge von 15,4 km gebaut, welche jeweils aus zwei einzelnen Tunnelröhren bestehen, die rund 25 m von einander entfernt sind. Einer dieser Tunnel wird als maschineller Tunnelvortrieb ausgeführt, die beiden anderen im konventionellen Sprengvortrieb. Der längere dieser beiden - der Bibra Tunnel mit einer Länge von 6.466 m wurde im Januar 2008 an die von der Marti Tunnelbau AG geführte Arbeitsgemeinschaft für 209 Mio. Euro vergeben.
In Bezug auf den Einsatz des Vortriebsinventars wird großer Wert auf leistungsfähiges Inventar gesetzt - dies um die Effizienz des Vortriebs zu steigern sowie das Handling des gesprengten Ausbruchmaterials mittels installiertem Brecher im Tunnel bandgerecht zu zerkleinern und mit Bandförderungsanlagen emissionsarm durch den Tunnel der Endlagerstelle zu geführt werden kann.

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Scheller, Albert The second S-Bahn trunk line in Munich / Die zweite S-Bahn-Stammstrecke München Geomechanics and Tunnelling 2/2015 115-128 Topics

Kurzfassung

In order to relieve the existing S-Bahn urban transit railway trunk line under the inner city of Munich, the construction of a second S-Bahn trunk line with a further inner-city tunnel is planned, which will also link the transport nodes at the Hauptbahnhof main station, at the Marienhof/Marienplatz and at the Ostbahnhof east station. The two-track line is about 10 km long, of which about 7 km will run in tunnels, and will mainly run in the Tertiary at a depth of about 40 m due to the existing dense building and underground transport routes that have to be crossed. The platform level of the three new stations will also be correspondingly 35 to 41 m deep. The high water pressures and the cross-sections of the station tunnels of up to 330 m2 pose particular challenges for the design and construction of the stations. The article provides an overview of the overall project and the special technical features of the tunnels.
Zur Entlastung der bestehenden S-Bahn-Stammstrecke unter der Innenstadt von München ist der Bau einer 2. S-Bahn-Stammstrecke mit einem weiteren Innenstadttunnel geplant, die ebenfalls die Verkehrsknotenpunkte am Hauptbahnhof, am Marienhof/Marienplatz und am Ostbahnhof erschließen soll. Die rd. 10 km lange, zweigleisige Strecke, von der rd. 7 km im Tunnel liegen werden, wird aufgrund der bereits vorhandenen dichten Bebauung und der zu kreuzenden unterirdischen Verkehrsbauwerke überwiegend im Tertiär in einer Tiefe von rd. 40 m verlaufen. Entsprechend tief werden mit 35 bis 41 m auch die Bahnsteigebenen der drei neu zu erstellenden unterirdischen Haltepunkte liegen. Die hohen Wasserdrücke und die Querschnittsflächen der Bahnsteigröhren von bis zu 330 m2 stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion und den Bau der Stationen. Nachfolgend wird ein Überblick über das Gesamtvorhaben und die tunnelbautechnischen Besonderheiten gegeben.

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Kielbassa, Stefan; Prischmann, Falk; Beer, Norbert Karst investigation and treatment measures for the high-speed track on the Swabian Jura / Karsterkundungs- und Sanierungsmaßnahmen für den Hochgeschwindigkeitsfahrweg auf der Schwäbischen Alb Geomechanics and Tunnelling 2/2015 129-145 Topics

Kurzfassung

The new line from Stuttgart to Ulm is part of the new trans-European Main Line from Paris to Budapest. It crosses the Schwäbische Alb (Swabian Jura) and is divided for planning approval purposes into the sections Albvorland, Albaufstieg, Albhochfläche and Albabstieg (Alb foreland, climb, high plain and descent). While the high plain is mostly characterised by open-air line, long tunnels dominate the adjoining slope sections. Common to all these sections is a similar geology with karstified Weissjura limestone as the most frequent formation. The construction of a structurally safe and serviceable high-speed railway track demands careful handling of the karst.
This article presents the concept for karst investigation and treatment for the high plain. A differentiation is made between wide-area investigation for the permanent way in cuttings and on embankment and isolated investigation for bridge foundations. Selected investigation results are described as well as the treatment measures derived from them. A decision is made based on generally valid rules about relevant cavity sizes dependant on the depth below the foundation whether and what treatment is necessary. This is generally based on the results of the karst working group, who performed appropriate work on the basics for the new line from Nuremberg to Ingolstadt on the Franconian Jura.
Die Neubaustrecke Stuttgart-Ulm ist Teil der neuen transeuropäischen Magistrale Paris-Budapest. Sie quert die Schwäbische Alb und wird von der Planfeststellung in die Abschnitte Albvorland, Albaufstieg, Albhochfläche und Albabstieg unterteilt. Während die Albhochfläche überwiegend durch offene Strecken charakterisiert wird, dominieren in den angrenzenden Hangabschnitten lange Tunnel. Diesen Bereichen gemeinsam ist eine ähnliche Geologie mit verkarstetem Weißjura-Kalkstein als häufigste Formation. Für die Herstellung eines standsicheren und gebrauchstauglichen Hochgeschwindigkeits-Fahrwegs bedarf es eines sorgfältigen Umgangs mit dem Karst.
In diesem Beitrag wird das Konzept der Karsterkundung und -sanierung für die Albhochfläche vorgestellt. Dabei wird zwischen singulären Erkundungen für Brückengründungen und flächendeckenden Erkundungen für den Fahrweg im Einschnitt und in Dammlage unterschieden. Ausgewählte Erkundungsergebnisse sowie daraus abgeleitete Sanierungsmaßnahmen werden vorgestellt. Auf Grundlage allgemeingültiger Festlegungen über relevante Hohlraumgrößen in Abhängigkeit von der Tiefenlage unter der Gründung wird entschieden, ob und welche Sanierungsmaßnahmen erforderlich sind. Hierbei wird generell auf die Ergebnisse des Arbeitskreises Karst zurückgegriffen, der für die Neubaustrecke Nürnberg-Ingolstadt auf der Fränkischen Alb entsprechende Grundlagenarbeit geleistet hat.

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Gutfrucht, Manfred; Haugwitz, Hans-Gerd; Schmitz, Stefan; Wecker, Klaus Project to bypass the Schwarzkopf Tunnel - Specialised civil engineering for a core project of Deutsche Bahn AG / Bauvorhaben Umfahrung Schwarzkopftunnel - Spezialtiefbau für ein Kernprojekt der Deutschen Bahn AG Geomechanics and Tunnelling 2/2015 146-154 Topics

Kurzfassung

The line being upgraded (ABS) from Hanau to Nantenbach is part of the about 112 km long Main-Spessart-Bahn line between Hanau and Würzburg. The line is a central axis for long-distance and goods traffic linking the economic centres of the Rhine-Main region with Würzburg and the region of Franken and with more than 200 trains per day is one of the most heavily trafficked lines of German Railways DB. A key part of the project is the bypassing of the 160 year old Schwarzkopf Tunnel between Laufach and Heigenbrücken.
In order to bypass the Schwarzkopf Tunnel, four new cut-and-cover tunnels are being constructed, which requires extensive specialised civil engineering measures. The excavations for the cut-and-cover tunnel sections are supported by piled walls, nailed walls and walls with walers. In addition, extensive piled foundations are being provided for the open-air sections using the continuous flight auger (CFA) method. There is also soil nailing along the existing tracks and temporary and permanent anchoring. The article gives a brief overview of the project and describes examples of the specialised civil engineering methods used through the example of two structures.
Die Ausbaustrecke (ABS) Hanau-Nantenbach ist Teil der rund 112 km langen Main-Spessart-Bahn zwischen Hanau und Würzburg. Die Strecke verbindet als eine zentrale Achse des Fern- und Güterverkehrs die Wirtschaftszentren des Rhein-Main-Gebietes mit Würzburg und der Region Franken und zählt mit über 200 Zügen täglich zu den am stärksten frequentierten Trassen im Netz der Deutschen Bahn. Kernmaßnahme des Projekts ist die Umfahrung des rund 160 Jahre alten Schwarzkopftunnels zwischen Laufach und Heigenbrücken.
Für die Umfahrung des Schwarzkopftunnels werden vier neue Tunnel teilweise in offener Bauweise errichtet. Dabei sind umfangreiche Spezialtiefbaumaßnahmen zu erbringen. Die Baugruben für die offenen Tunnelabschnitte werden mit Pfahlwänden, Nagel- und Verbauwänden gesichert. Außerdem wird für die Bahndämme der neuen Zugtrasse eine umfassende Pfahlgründung im Schneckenortbeton-Verfahren (SOB-Verfahren) ausgeführt. Dazu kommen Bodenvernagelungen entlang der Bestandsgleise sowie Aussteifungen und temporäre sowie dauerhafte Verankerungen. Der Beitrag gibt eine kurze Projektübersicht und zeigt anhand zweier Bauwerke die durchgeführten Spezialtiefbauarbeiten beispielhaft auf.

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Grundhoff, Thomas; Klar, Sascha Björn ABS/NBS Karlsruhe-Basel - Implementation of line section 1 and special features of the Rastatt Tunnel / ABS/NBS Karlsruhe-Basel - Realisierung des Streckenabschnitts 1 und Besonderheiten beim Bau des Rastatter Tunnels Geomechanics and Tunnelling 2/2015 155-168 Topics

Kurzfassung

The northernmost section 1 (StA 1) of the section of line being upgraded (ABS) and newly built (NBS) between Karlsruhe and Basel runs from Karlsruhe to Rastatt Süd. 16 km of new line is being built, which should be in operation in 2022. The core structure of StA 1 is the 4, 270 m long Rastatt Tunnel, the second largest engineered structure in the overall ABS/NBS Karlsruhe-Basel project after the Katzenberg Tunnel. The main contract for the construction of the tunnel was awarded in August 2014. The first preparatory construction measures on site started in summer 2013. Due to the prevailing conditions of topography and existing infrastructure and the continuously increasing requirements of approvals and codes, the construction of the Rastatt Tunnel poses great challenges for the engineers, which demand innovative solutions in design and construction as well as a collaborative approach from all those involved in the project.
Der nördlichste Streckenabschnitt 1 (StA 1) der Ausbau- und Neubaustrecke (ABS/NBS) Karlsruhe-Basel führt von Karlsruhe bis nach Rastatt Süd. Hier entsteht ein rund 16 km langer Neubaustreckenabschnitt, der 2022 in Betrieb genommen werden soll. Das Herzstück des StA 1 ist der 4.270 m lange Tunnel Rastatt, nach dem Katzenbergtunnel das zweitgrößte Ingenieurbauwerk im Gesamtprojekt ABS/NBS Karlsruhe-Basel. Die Vergabe für das Hauptgewerk Tunnelrohbau erfolgte im August 2014. Mit den ersten vorlaufenden Baumaßnahmen vor Ort wurde bereits im Sommer 2013 begonnen. Durch die vorherrschenden Verhältnisse aus Topographie und Bestand sowie stetig steigende Genehmigungs- und Regelwerksanforderungen stellt die Realisierung des Rastatter Tunnels die Ingenieure vor herausfordernde Aufgaben, die innovative Lösungen in Planung und Bau sowie eine partnerschaftliche Herangehensweise aller Projektbeteiligten erfordern.

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10th Austrian Geotechnical Conference and Vöbu Fair, 29 and 30 January 2015 / 10. Österreichische Geotechniktagung und Vöbu Fair am 29. und 30. Januar 2015 Geomechanics and Tunnelling 2/2015 169-171 Conference Report

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Metro extension "Place des Martyrs" in Algiers / U-Bahn-Erweiterung "Place des Martyrs" in Algier Geomechanics and Tunnelling 2/2015 171-172 Site Report

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Product Information: Geomechanics and Tunnelling 2/2015 Geomechanics and Tunnelling 2/2015 173-177 Product Information

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Water mist binds dust! / Wassernebel bindet Staub!
Sustainable anchor grout for mining and tunnelling / Nachhaltige Ankermörtel für Berg- und Tunnelbau
Upgraded M-series drill rigs now available worldwide / Bohrwagen der überarbeiteten M-Serie nun weltweit verfügbar

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Diary of Events: Geomechanics and Tunnelling 2/2015 Geomechanics and Tunnelling 2/2015 177-178 Diary of Events

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Inhalt: Geotechnik 2/2015 geotechnik 2/2015 Inhalt

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Vogt, Norbert Europäische Normung: Deregulierung fordert Kompetenz geotechnik 2/2015 83 Editorial

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Sondermann, Wolfgang Zukünftige Herausforderungen für Bauindustrie und Geotechnik geotechnik 2/2015 84 Vom Vorsitzenden

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Goldscheider, Michael Darstellung von Wasserdrücken im Boden mit strömendem Grundwasser geotechnik 2/2015 85-95 Fachthemen

Kurzfassung

Ausgehend vom Netz der Strom- und Äquipotentiallinien einer Grundwasserströmung wird für verschiedene Fälle der Zusammenhang zwischen den auf ein Volumenelement des Bodens wirkenden Wasserdruckkräften und den von diesen Kräften abgeleiteten Größen Auftriebskraft und Strömungskraft nach Terzaghi dargestellt. Die Strömungskraft erweist sich dabei als diejenige Kraft, die zu der im Falle von ruhendem Grundwasser wirkenden Auftriebskraft in Strömungsrichtung vektoriell hinzugefügt werden muss, um die bei Durchströmung wirkende resultierende Wasserdruckkraft zu erhalten. Es wird gezeigt, wie sich die effektive resultierende Volumenkraft eines Bodenkörpers, die für die effektiven Spannungen bestimmend ist, nach diesen beiden statisch äquivalenten Konzepten ergibt. Als Beispiel werden die Bedingungen für einen hydraulischen Grundbruch betrachtet.

Representation of water pressures in the soil with flowing ground water.
Based on a groundwater flow net consisting of flow lines and equipotential lines, the relations between the pore water pressure forces acting on a volume element of the soil and the deduced uplift and seepage forces after Terzaghi are depicted for different cases. The seepage force turns out to be the force that has to be added as a vector in the flow direction to the uplift force acting in case of stagnant groundwater to obtain the resultant water pressure force in case of flowing groundwater. It is depicted how the effective resultant volume force of a soil body, which is determinant for the effective stresses, arises by the two statically equivalent concepts. As an example, the conditions of seepage failure are considered.

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Behnen, Gereon; Nevrly, Tobias; Fischer, Oliver Soil-structure interaction in tunnel lining analyses geotechnik 2/2015 96-106 Fachthemen

Kurzfassung

In general, tunnel analyses are complex engineering tasks. This is mainly due to non-linear effects determining the overall loadbearing behaviour (even under service load conditions) because no clear separation between action and resistance is possible (safety concept) plus a series of interdependencies and interaction effects that must not be neglected in most cases. In order to achieve a realistic simulation of the actual behaviour and to gain reliable results, non-linear effects in the ground as well as physical and geometrical non-linearities in the structural behaviour of the tunnel lining, and the interaction of the soil and structures, need to be modelled carefully. When simplifications are to be introduced into the design, it is important that the simplified approach be conservative, that deformation results are in a realistic order of magnitude and, finally, that the analyses lead to adequate solutions regarding costs and workability on site.
Over the past decade, the finite element analysis (FEA) method has become more and more established internationally as a general numerical tool suitable for these diverging requirements. Where FEA is used in an appropriate way, the method allows almost all-embracing detailed modelling and may provide comprehensive and realistic results taking into account all relevant effects, including soil-structure interaction. The crucial factor in this is the determination of a realistic ground-structure stiffness ratio, especially if non-linear characteristics are to be taken into account, because the reaction forces (bedding) and the distribution of the load portions to be carried by the tunnel lining and the supporting ground are mainly determined by the stiffness and interaction parameters. Inadequate estimation of these governing parameters may lead to an unrealistic assessment regarding the loadbearing behaviour of the tunnel and thus - depending on the magnitude and direction of the deviation - to a wrong and uneconomic or unsafe design. During the authors' many years in design management, detailed design and value engineering and performing independent checking and design reviews for large international tunnel projects, their experience was that FE modelling may in numerous cases lead to improper results if the basic relations and plausibility checks were not considered in an adequate way. In the light of this, the case studies presented in section 5 illustrate some typical practical examples.
The present paper is intended to point out the most relevant relations, interdependencies and typical problems in soil-structure interaction analyses which should be well considered when performing tunnel analyses utilizing the FEA method. The main aim is to provide valuable recommendations and advice on the formulation of reliable, practice-oriented and robust numerical models in order to improve the overall quality of tunnel analyses.

Boden-Bauwerks-Interaktion bei der Berechnung von Tunnelschalen.
Der Tunnelbau und die wirklichkeitsnahe Berechnung und Bemessung von Tunnelschalen gehören zu den anspruchsvollsten Aufgaben im konstruktiven Ingenieurbau. Dies begründet sich vor allem durch die komplexen nichtlinearen Effekte, die (bereits unter charakteristischen Lasten) das Gesamttragverhalten bestimmen, weil sich die Einwirkungen und Widerstände nicht voneinander trennen lassen (Teilsicherheitskonzept), und vor dem Hintergrund einer Vielzahl von Abhängigkeiten und Interaktionen, die in den meisten Fällen nicht vernachlässigt werden dürfen. Um das tatsächliche Verhalten wirklichkeitsnah abzubilden und belastbare Ergebnisse zu erzielen, müssen bei der Modellbildung sowohl die nichtlinearen Effekte im Baugrund als auch physikalische und geometrische Nichtlinearitäten in der Tunnelschale ebenso wie die Boden-Bauwerks-Interaktion systematisch berücksichtigt werden. Sofern Vereinfachungen eingeführt werden, ist darauf zu achten, dass diese eher konservative Ergebnissen liefern, die damit berechneten Verformungen in einer realistischen Größenordnung liegen und schließlich, dass diese zu baubaren und wirtschaftlichen Lösungen führen.
Mit Blick auf die Berücksichtigung dieser teilweise divergierenden Anforderungen hat sich in den letzten Jahren die Finite-Elemente-Methode (FEM) international zunehmend als allgemeines und vielseitiges numerisches Hilfsmittel in der Tunnelplanung etabliert. Bei richtiger Anwendung erlaubt die FEM eine weitestgehend “allumfassende” Berechnung mit Abbildung sämtlicher relevanter Effekte bis hin zur genauen Erfassung der Interaktion von Boden und Bauwerk und ist in der Lage, wirklichkeitsnahe Ergebnisse zum Trag- und Verformungsverhalten zu generieren. Vor allem bei nichtlinearen Analysen kommt dabei der Ermittlung der Steifigkeitsverhältnisse in der Boden-Bauwerks-Interaktion besondere Bedeutung zu, da u. a. die Bodenreaktionskräfte (Bettung) und der anteilige Lastabtrag von Tunnelschale und Baugrund durch diese Steifigkeits- und Interaktionsparameter maßgeblich bestimmt werden. Eine unzutreffende Wahl dieser bestimmenden Parameter kann zur fehlerhaften Einschätzung des Tragverhaltens und damit - abhängig vom Vorzeichen und der Größe der Abweichung - zu unwirtschaftlichen oder unsicheren Ergebnissen führen. Im Zuge der langjährigen Tätigkeit der Autoren sowohl im Design Management und der Ausführungsplanung als auch in prüfender und entwerfender Funktion bei großen internationalen Tunnelprojekten konnte immer wieder festgestellt werden, dass Finite-Elemente-Berechnungen nur ungeeignete Ergebnisse liefern, wenn die grundlegenden Kompatibilitätsbeziehungen nicht in angemessener Weise berücksichtigt werden; vor allem entsprechenden Plausibilitätskontrollen kommt daher auch eine besondere Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund werden in Abschnitt 5 typische Fallbeispiele aus der Baupraxis vorgestellt und diskutiert.
Der vorliegende Beitrag setzt sich zum Ziel, die wesentlichen Zusammenhänge, Interdependenzen und typischen Probleme und Fehlerquellen bei der numerischen Berechnung von Tunnelbauwerken (FEM) unter Einbeziehung der Boden-Bauwerks-Interaktion aufzuzeigen und kritisch-konstruktiv zu diskutieren. Insbesondere sollen dabei Empfehlungen und Hinweise gegeben werden, die eine sowohl wirklichkeitsnahe als auch praxisgerechte, zuverlässige und robuste Modellbildung ermöglichen und damit nicht zuletzt die Gesamtqualität von Tunnelberechnungen fördern.

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Kürten, Sylvia; Mottaghy, Darius; Ziegler, Martin Besonderheiten bei der Planung und Berechnung von oberflächennahen thermo-aktiven Bauteilen geotechnik 2/2015 107-119 Fachthemen

Kurzfassung

Die thermische Nutzung des Untergrunds mit sogenannten thermo-aktiven Bauteilen ist eine zukunftsorientierte Möglichkeit zur Klimatisierung von Gebäuden. In diesem Zusammenhang ist der Energiepfahl das weltweit am weitesten verbreitete System. Flächige Bauteile, wie beispielsweise Verbau- oder Kellerwände verfügen jedoch durch ihre große Kontaktfläche zum Untergrund ebenfalls über ein großes Energiepotenzial. Derzeit fehlen jedoch für flächige Bauteile geeignete Berechnungsansätze, wodurch die Verbreitung dieser Technologie derzeit erschwert ist. Am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen der RWTH Aachen wurde daher in Zusammenarbeit mit der Geophysica Beratungsgesellschaft ein entsprechender Berechnungsansatz entwickelt und in die Software SHEMAT-Suite implementiert. In dem semi-analytischen Ansatz werden alle Wärmetransportvorgänge im Bauteil und im Absorbersystem durch eine Verschaltung von thermischen Widerständen abgebildet, während für die Abbildung des Untergrunds die Finite-Differenzen-Methode verwendet wird (Modell-in-Modell-Ansatz). Mit diesem Ansatz ist es nun möglich, alle relevanten Faktoren sowie deren Interaktion in der Systemplanung zu berücksichtigen und eine standortspezifische und systemangepasste Anlagenplanung durchzuführen. Mit dem neuen Berechnungsansatz wurde eine umfangreiche Parameterstudie durchgeführt, mithilfe derer die maßgebenden Einflussfaktoren auf den Wärmeentzug ermittelt wurden. Als Ergebnis konnten darüber hinaus Handlungsempfehlungen für die konstruktive Durchbildung des Bauteils und den Anlagenbetrieb abgeleitet werden.

Design of near-surface energy geostructures.
Energy geostructures (thermo-active elements) are an up-coming technique for the thermal utilisation of the ground. Currently, the energy pile is the most known and used energy geostructure in Europe and all over the world. Nevertheless, plane geostructures such as basement or retaining walls have a large energy potential due to their large contact area to the ground. However, no suitable calculation approaches exists for the design of plane energy geostructures. The chair of geotechnical engineering (RWTH Aachen University) in cooperation with Geophysica Beratungsgesellschaft mbH (Aachen) developed an appropriate calculation approach. This approach, which is based on thermal resistances, was implemented in the finite difference code SHEMAT-Suite. So it is possible to consider all important factors and their interaction. The new model was used for an extensive parameter study. As a result, the flow rate in the heat exchanging system, the ground temperature, the groundwater flow, the pipe arrangement in the structural element and the structure of the element were identified as the decisive parameters.

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Patki, Mrunal A.; Mandal, Jnanendra Nath; Dewaikar, Dileep Moreshwar A simple approach based on the limit equilibrium method for evaluating passive earth pressure coefficients geotechnik 2/2015 120-133 Fachthemen

Kurzfassung

A numerical method is developed for evaluating critical passive earth pressure coefficients Kp&ggr; for the case of an inclined rigid retaining wall resting against sloping cohesionless backfill. The methodology of the proposed investigation is based on the limit equilibrium approach with the assumption of a complete log spiral failure mechanism. The Kp&ggr; coefficients obtained from this study are compared with the existing theoretical and experimental results. The proposed Kp&ggr; values are on a par with the best upper bound solution given by Soubra and Macuh using the limit analysis method. Further, the results presented here compare fairly well with those given by Kerisel and Absi, which establishes the validity of the proposed research work. Efforts are taken to present the design tables for a wide variety of soil properties, soil-wall interface properties and geometrical properties of the wall and the backfill.

Ein einfacher Ansatz zur Bestimmung von Erdwiderstandsbeiwerten auf Basis der Methode des Grenzgleichwichts.
Eine numerische Methode zur Bestimmung des kritischen Erdwiderstandsbeiwerts Kp&ggr; wird entwickelt für den Fall einer geneigten, steifen Verbauwand vor geböschtem, kohäsionslosem Erdreich. Die Methodik der vorgeschlagenen Untersuchung basiert dabei auf dem Ansatz des Grenzgleichgewichts unter Annahme eines Versagensmechanismus mit logarithmischer Spiralform. Der mittels dieser Studie bestimmte Kp&ggr;-Beiwert wird mit vorhandenen theoretischen und experimentellen Ergebnissen verglichen. Es wird gezeigt, dass die vorgeschlagenen Werte für Kp&ggr; den Werten der besten Lösung unter Verwendung des Obere-Schranken-Theorems nach Soubra und Macuh entsprechen, welche mit Hilfe einer Grenzwertanalyse ermittelt wurde. Darüber hinaus stimmen die hier präsentierten Ergebnisse gut mit denen von Kerisel und Absi überein, was die Gültigkeit der vorgeschlagenen Vorgehensweise belegt. Bemessungstafeln für eine große Anzahl an Bodenparametern, Boden-Wand-Interface Parametern und geometrischen Parametern der Wand sowie des abzustützenden Erdreichs werden eingeführt.

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Irngartinger, Stefan; Steiner, Walter Hangsicherung Roggwil-Wynau: Stabilisierung eines seit 150 Jahren bekannten Rutschhangs geotechnik 2/2015 134-143 Fachthemen

Kurzfassung

Längs der Neubaustrecke zwischen Bern und Zürich musste bei Roggwil-Wynau ein seit mehreren Jahrzehnten bekannter Rutschhang saniert werden, da die Deformationen das tolerierbare Maß überschritten hatten. Durch die intensive Überwachung der Wasserdruckverhältnisse wurde die Ursache der Deformationen in bis 30 mWS artesisch gespanntem Bergwasser (75 mWS totales Druckniveau) erkannt. Vorangegangene Versuche, den Hang mittels Rückverankerungen zu sichern, schlugen fehl. Rückrechnungen belegten die ausreichende Hangstabilität bei Reduktion des einwirkenden Bergwasserdrucks. Als Sanierungsmaßnahme wurden drei 15 m tiefe Dränageschächte ausgeführt, die durch einen Mikrotunnel miteinander verbunden und an den Vorfluter angebunden worden sind. Aus den Schächten sind anschließend bis zu 50 m lange Horizontalfilterbrunnen hergestellt worden, die das Bergwasser abführen. Durch die Maßnahme konnte der Bergwasserdruck um 30 mWS abgesenkt werden; es werden etwa 120 l/min dauerhaft dräniert. Infolge der Dränagemaßnahme kam es aufgrund der Spannungsumlagerung im Boden anfänglich zu einer Erhöhung der Deformationen. Seit etwa sechs Monaten nach Abschluss der Maßnahme verhält sich der Hang stabil, und es können keine signifikanten Deformationen mehr aufgezeichnet werden. Das Fallbeispiel verdeutlicht den maßgeblichen Einfluss der Porenwasserdruckverhältnisse auf die Hangstabilität und zeigt, dass Sanierungsmaßnahmen meist nur bei Reduktion der Einwirkungen erfolgreich sind.

Stabilization of the long known landslide in Roggwil-Wynau (Switzerland).
Along the new railway line between Bern and Zürich a landslide known for several decades had to be redeveloped because the deformations had exceeded the tolerable level. The cause of the deformations in up to 30 mWS artesian mountain water (up to 75 mWS total pressure level) has been detected by intensive monitoring of water pressure conditions. Previous attempts to stabilize the slope by anchors failed. Re-analyses confirmed the adequate slope stability by reducing the acting pore-water pressure. As a redevelopment measure three 15 m deep drainage shafts were carried out, which have been joined by a micro-tunnel and connected to the main outfall. Afterwards up to 50-m-long horizontal filter wells have been drilled which lead away the mountain water. Through the measure the hydraulic pressure could be lowered by 30 mWS; about 120 l / min are drained permanently. Through the drainage action stress redistribution occurred which caused at the first time an increase in deformation. For about six months after the end of the measure, the slope behaves stable and no significant deformations longer be recorded. The case study illustrates the significant influence of pore water pressure ratio on slope stability and shows that remediation measures are usually only successful in reducing the impacts.

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