Die Einsatzmöglichkeiten von Stopfsäulen zur Setzungsminderung von Gebäuden, aber auch zur Verhinderung von Böschungsbrüchen bei Dammschüttungen und die Grenzen der Anwendung.

Über die Verbesserung des Baugrunds durch die sogenannte Stopfverdichtung für bindige Böden, die eine Weiterentwicklung der Rütteldruckverdichtung für verdichtbare bindige Böden darstellt. Es wird die grundsätzliche Wirkungsweise beschrieben und ein Verfahren zur Abschätzung der Verformungen gezeigt.

Die Rüttelstopfverdichtung ist ein anerkanntes Verfahren der Baugrundverbesserung, bei dem mit speziellen Tiefenrüttlern großkalibrige Säulen aus grobkörnigem Zugabematerial im Boden hergestellt werden. Das Tragverhalten dieses Verbundsystems aus Stopfsäulen und Boden läßt sich mit einfachen Untersuchungsmethoden, wie z.B. Sondierungen, nicht zuverlässig erfassen. Auf theoretischer Basis sind jedoch Voraussagen möglich. Das wohl am häufigsten angewendete Verfahren wurde von Priebe entwickelt und zuletzt 1995 in dieser Fachzeitschrift eingehend erläutert. Fragen hinsichtlich der Anwendung bei extrem weichen Böden, bei "schwimmenden" Gründungen und beim Nachweis der Sicherheit gegen Gelände- und Böschungsbruch blieben damals jedoch offen.

Die Rüttelstopfverdichtung ist ein anerkanntes Verfahren zur Baugrundverbesserung, bei dem mit speziellen Tiefenrüttlern großkalibrige Säulen aus grobgekörntem Zugabematerial im Boden hergestellt werden. Das Tragverhalten dieses Verbundsystems aus Stopfsäulen und Boden läßt sich mit einfachen Untersuchungsmethoden, wie z. B. Sondierungen, nicht erfassen, so daß auf diesem Wege eine Bemessung nicht möglich ist. Theoretisch läßt sich dagegen die Wirkung einer Stopfverdichtung verhältnismäßig zuverlässig abschätzen. Das im Beitrag erläuterte Bemessungsverfahren auf theoretischer Grundlage ist wegen der getrennten Betrachtung der einzelnen Einflußgrößen überschaubar und anpassungsfähig. Es umfaßt alle in der Praxis häufiger vorkommenden Anwendungsfälle.

Die Gründung von Fundamenten lässt sich prinzipiell zwischen dem Grenzfall der ‘flachen’ Gründung auf unbehandeltem Untergrund und dem der ‘tiefen’ auf Pfählen einordnen. Im ersten Fall breitet sich die Spannung aus der gesamten Fundamentlast im Baugrund systematisch aus. Es treten mehr oder weniger große Setzungen auf, die zumindest bei kleinen Fundamenten wegen der Spannungsausbreitung mit der Tiefe verhältnismäßig schnell abklingen. Im zweiten Fall leiten Pfähle fast die gesamte Last in Bodenschichten mit hoher Tragfähigkeit ab. Obwohl es zu keiner nennenswerten entlastenden Spannungsausbreitung kommt, sind die Setzungen dann auch bei hoher Last wegen der großen Pfahlsteifigkeit gering.
Zwischen diesen Grenzfällen gibt es viele Gründungsarten oder -kombinationen, die in ihrem Setzungsverhalten weniger leicht einzuschätzen sind. Sie reichen von der sogenannten Pfahl-Plattengründung bis zu bodenverbessernden Maßnahmen. In all diesen Fällen konzentriert sich die Lastabtragung auf den bewehrten oder verbesserten Baugrund unter dem Fundament, aber ein mehr oder weniger großer Teil der Fundamentlast wird auch nach außen auf den unbehandelten Boden abgegeben. Dieser abfließende Teil, nachstehend als Lastausbreitung bezeichnet, lässt sich oft schwer bestimmen. Da er aber eine erhebliche Rolle im Hinblick auf das Setzungsverhalten der Gründung spielen kann, wird hiermit ein brauchbares Berechnungsverfahren vorgestellt, das die jeweilige Lastausbreitung näherungsweise berücksichtigt.

The settlement of footings on different kinds of subsoil treatment with reduced load distribution
In principal, the foundation of footings can be ranked between the border case of a shallow foundation on unimproved ground and a deep foundation with piles. In the first case the pressure of the total load spreads systematically in the subsoil. More or less large settlements occur but - at least in the case of small footings - they decrease fairly quickly due to the spreading of the pressure with the depth. In the second case piles transfer the load directly to soil strata with high bearing capacity. Although no notably relieving spreading of pressure occurs settlements are small even at a high load due to the stiffness of the piles.
In between these two cases there are many foundation methods or combinations with settlement performances that cannot easily be evaluated. They range from the so-called pile-plate foundation to soil improvement below the foundation. In all these cases the load pressure concentrates on the reinforced or improved subsoil under the foundation. However, either more or less of it is delivered to the untreated soil around. This ”escaping” part, hereinafter called “load distribution” is often difficult to be determined. It may, however, be of substantial importance with regard to the settlement behaviour, so this is to introduce a suitable approximation to consider in a settlement calculation the appropriate load distribution.

Im Beitrag wird das Modell der wirksamen Breiten zur Ermittlung der Querschnitts- und Stabtragfähigkeit untersucht. Es werden insbesondere umfangreiche Parameterstudien zum Tragverhalten beulgefährdeter Platten durchgeführt und mit Ergebnissen des existierenden Vorschriften verglichen. Aus diesen Untersuchungen wird eine neue Festlegung der wirksamen Breite abgeleitet. In einem weiteren Schritt wird die Methode der wirksamen Schnittgrößen dargestellt, die eine wesentliche Vereinfachung der Berechnungen ermöglicht. Beispielrechnungen zeigen die gute Erfassung der tatsächlichen Traglasten aus Versuchen.

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Eurocode 2 ermöglicht die Begrenzung der Verformungen auf zwei Wegen: einem Nachweis ohne und einem Nachweis mit direkter Berechnung der Verformungen. Beide Nachweise sind für den in der Praxis tätigen Ingenieur nicht zufriedenstellend.
Der vorliegende Beitrag stellt einen Neuvorschlag für einen vereinfachten Nachweis der Verformungsbegrenzung vor, mit dem die erforderliche statische Höhe direkt berechnet werden kann. Ein Umweg über die Biegeschlankheit ist nicht mehr erforderlich.

Simplified rules for deflection control according to EC2 - Proposal for slabs in buildings
EC2 offers two methods for the control of deflections: one without and one with calculating the deflections. Both are not satisfying for the day-to-day work of the practising engineers. In this contribution a proposal for a simplified deflection control is made which provides a direct calculation of the required depth.

The effect of concrete grade on the bond between 12 mm diameter deformed steel bars and recycled aggregate concrete (RAC) has been investigated with the help of 45 pullout tests with concentric rebar placement for coarse recycled concrete aggregate (RCA) replacement levels of 25, 50, 75 and 100%. For all the three concrete grades, the measured bond-slip relationships indicate similar mechanisms of bond resistance in the RAC and the natural aggregate (NA) concrete. The most accurate and least conservative predictions of the measured bond strengths were obtained from the local bond-slip model in the fib Model Code for Concrete Structures 2010. Bond strength normalized to fc(3/4) resulted in an improved match with test data and increased with an increase in the RCA replacement levels and decreased with an increase in compressive strength. An attempt to explain this behaviour has been sought in terms of brittleness index, an analogous parameter from rock mechanics. An empirical bond stress versus slip relationship has been proposed for the 12 mm diameter bar and it is conservatively suggested that similar anchorage lengths for this bar in all three concrete grades can be adopted for the RAC and the NA concretes.

The results of 45 pullout tests on 8, 10 and 12 mm diameter deformed steel bars concentrically embedded in recycled aggregate concrete designed using equivalent mix proportions with coarse recycled concrete aggregate (RCA) replacement levels of 25, 50, 75 and 100 % are described here. Although consistent results were not obtained for the 8 mm bars, the normalized bond strengths of the 10 and 12 mm bars across all RCA replacement levels were higher for the RCA concretes compared with the natural coarse aggregate concrete, and they increased with RCA replacement levels. Brittleness index, an analogous parameter from rock mechanics, has been shown to be a relevant predictor of the measured bond strengths. An empirical bond stress-slip relationship has been proposed and it has been conservatively suggested that anchorage lengths for the 10 and 12 mm deformed bars in recycled aggregate concrete may be taken to be the same as those in natural aggregate concrete.

Auf der Schwäbischen Albhochfläche, Südwestdeutschland, befindet sich die neue Hochgeschwindigkeitsbahnstrecke von Wendlingen nach Ulm der Deutschen Bahn AG in der Bauausführung. In Ergänzung zu den ausgeführten Erkundungsmaßnahmen der Baufirma (darunter mikrogravimetrische und seismische Verfahren) wurden geoelektrische Messungen in 2,5D (d. h. parallele 2D-Profile) von der Aushubsohle aus durchgeführt. Ziel war es, die Effektivität einer inversen Wenner-Schlumberger-Konfiguration für die geoelektrische Karsthohlraumerkundung in einem stark heterogenen Karstgebiet abzuleiten. Die 2,5D geoelektrische Erkundung lieferte Resistivitätswerte für Mergel und Mergelsteine, einen Kalksteinuntergrund, eine Versturzdoline und einen luftgefüllten Hohlraum. Eine klare Abgrenzung zwischen den Mergeln und Mergelsteinen und dem Kalksteinuntergrund war nur außerhalb des Einflussbereiches der Versturzdoline möglich. Die Versturzdoline konnte nicht exakt von den angrenzenden geologischen Einheiten abgegrenzt werden. Einer von drei luftgefüllten Hohlräumen konnte präzise in seiner Lage und grob in seiner Größe und Form von der 2,5D geoelektrischen Erkundung abgeleitet werden. Die anderen zwei Hohlräume wurden aufgrund ihrer Lage unter einer hochresistiven Anomalie und ihrer vergleichsweise geringen maximalen horizontalen Öffnungsweite von nur 1-mal dem verwendeten Elektrodenabstand von der Geoelektrik nicht detektiert.

Testing the effectiveness of an inverse Wenner-Schlumberger array
On the Swabian Alb high plain, southwestern Germany, the new high-speed railway line Wendlingen-Ulm of the German Railway Company (Deutsche Bahn AG) is under construction. 2.5D electrical resistivity tomography (ERT) measurements (meaning the use of parallel 2D lines) were performed at the excavation bottom level in addition to the investigation program of the construction company including microgravimetric and seismic methods. The aim was to test the effectiveness of an inverse Wenner-Schlumberger array for exploring geological defective karst voids and other karstic features in a highly heterogeneous karstic environment. The 2.5D ERT survey provided resistivity values of marls and marlstones, a limestone bedrock, a collapse doline and of an air-filled cavity. A clear demarcation between the marls and marlstones and the limestone bedrock was only possible outside the area of influence of the collapse doline; the latter could not be exactly delineated from the adjoining geological units. In addition, one of three air-filled voids (open fractures, cavities) could be derived accurately in location and roughly in size and shape from the 2.5D ERT survey; the other two were not detected by means of ERT because of (i) its location beneath a high-resistive anomaly and (ii) its comparatively small maximum horizontal opening width of only 1 time the used inter-electrode spacing.

Das Injektionsverankerungs-System von CINTEC (Controlled Injection Technique) wurde Mitte der 60er Jahre in Deutschland entwickelt, als die Forderungen der Bauindustrie nach einem universellen und für spezifische Verankerungslösungen auslegbaren Ankersystem lauter wurden. Im Vordergrund standen dabei vor allem Probleme mit der Lastaufnahmefähigkeit von kraftschlüssigen mechanischen Befestigungssystemen bei “Hohlmauerwerk” mit geringer Steinfestigkeit oder bei unsicheren Verankerungsgründen. Hinzu kamen die Nachteile und Grenzen von herkömmlichen Verpreßankern auf Basis von Kunstharz- und Zementmörtel ohne kontrollierbare Verpreßtechnik und ohne verläßlichen, dauerhaften Materialverbund zwischen Injektionsanker und Tragstruktur.
Die zwischenzeitlichen Erfahrungen und fortlaufenden Verbesserungen haben das ingenieurmäßig auslegbare CINTEC-System zu einer weltweit anerkannten Verankerungsmethode für maßgeschneiderte Problemlösungen im Bauwesen und in der baulichen Denkmalpflege werden lassen. Seine herausragenden Merkmale wie statisch-konstruktive Auslegbarkeit, Verträglichkeit und Dauerhaftigkeit des Injektionsmörtels im Verbund mit vorgegebenen Tragstrukturen, kontrollierte und saubere Bohrtechnologie und Verpreßtechnik - selbst bei unsicheren und unbekannten Untergründen - weisen dieses Spezial-Injektionsverankerungs-System als eines der besten Verfahren für Nachbewehrungen und Standsicherungsmaßnahmen im Mauerwerksbau aus, worüber nachfolgend anhand von Anwendungsbeispielen und Referenz-Projekten berichtet werden soll.

Es werden Berechnungstabellen für einfach rückverankerte, im Boden frei aufgelagerte und von dreieckförmigem Erddruck belastete Spundwände vorgestellt.

Tabellen zur Berechnung von eingespannten, nicht rückverankerten Spundwänden bei dreiecksförmiger Erddruckverteilung.

Diagramme zur Bestimmung der erforderlichen Einspannlänge (Rammtiefe) von Spundwänden in Abhängigkeit von den bodenmechanischen Werten und der Aushubtiefe. Die an der Wand angreifenden Kräfte werden allgemein beschrieben.

Ein praktisch brauchbarer Lösungsweg mit Hilfe der Funktionentheorie und unter Einbeziehung der konformen Abbildung.

Die vormals auf den stählernen Tragwerken ohne Verbund verlegten Fahrbahnplatten wurden abgebrochen und nachträglich durch mit dem Stahlträgerunterbau im Verbund verlegten Stahlbetonplatten ersetzt.

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Es wird über das Aufstellen der Einflussfläche für die Lagerreaktion am spitzen Brückenende der Verlauf der Lastscheide und die Lage des Aufstandspunkts für den grösstmöglichen negativen Auflagerdruck (abhebende Kraft) systematisch untersucht.

Es wird gezeigt, daß auch für gekrümmte Stäbe mit Verbundquerschnitt die Beziehungen der Stäbe mit geradem Querschnitt gelten.

Über das Abhebeproblem von gekoppelten Systemen (z.B. im Verbundbau) bei Quer- und Normalbelastung, z.B. bei Verbundträgern im Bereich von Stützmomenten ohne Verdübelung der Platte mit dem Träger

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Im modernen Tunnelbau sind der kontinuierliche Vortrieb mittels Tunnelbohrmaschine (TBM) und die Verwendung von Fertigteilsegmenten (Tübbinge) international etabliert. Bei dieser Baumethode stellt die Ausbildung der Tübbinglängsfuge, welche als trocken gestoßene Lastübertragungszone aufgefasst werden kann, aufgrund ihrer geometrischen Randbedingungen und möglichen Einbautoleranzen eine besondere Herausforderung dar. Eine Möglichkeit zur Ausbildung einer Tübbinglängsfuge bietet das von der TU Wien entwickelte Bewehrungskonzept, welches die Grundlage dieser Publikation bildet. Dabei erfolgt durch den Einsatz von stumpf gestoßenen Längsbewehrungsstäben in druckbeanspruchten Lastübertragungszonen eine Traglaststeigerung, die der Tragfähigkeit der stumpf gestoßenen Längsstäbe entspricht. Diese wird mittels experimenteller Versuche und numerischer Simulationen nachgewiesen. Experimentelle Untersuchungen und numerische Simulationen an Probekörpern mit einem Abstand zwischen den Stirnflächen und/oder einem seitlichen Versatz der gestoßenen Längsstäbe zeigten wesentlich geringere Traglaststeigerungen. Durch geeignete Maßnahmen bei der Tübbingherstellung und durch die Wahl des Stabdurchmessers der gestoßenen Längsbewehrung unter Berücksichtigung der zu erwartenden Einbautoleranzen können die Traglaststeigerungen des an der TU Wien entwickelten Bewehrungskonzepts auch in der Praxis umgesetzt werden.

Highly stressed load transfer zones with butt jointed reinforcement: Experimental investigations and numerical simulations
In modern tunnel constructions the use of tunnel boring machines (TBMs) and precast tunnel segments is internationally established. In this construction method, the design of the longitudinal joint, which can be regarded as a dry butted load transfer zone, presents a particular challenge due to its geometric boundary conditions and possible installation tolerances. The reinforcement concept developed by TU Wien, which forms the basis of this publication, offers a possibility for the design of a longitudinal joint. The use of butt-jointed longitudinal reinforcement bars in load transfer zones under compression results in an increase in ultimate load that corresponds to the ultimate load capacity of the butt-jointed longitudinal bars. This is verified by means of experimental tests and numerical simulations. Experimental investigations and numerical simulations on specimens with a spacing between the end faces and/or an eccentricity of the longitudinal bars showed significantly lower increases in ultimate load. By taking suitable measures during segment production and by selecting the bar diameter of the longitudinal reinforcement, taking into account the expected installation tolerances, the increases in ultimate load of the reinforcement concept developed at TU Wien can also be implemented in practice.