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Honorarprofessur für Dr.-Ing. Frank Fingerloos / Symposium “Intelligente Brücke - der Weg in die Praxis” / Entschieden: C3-Projekt der TUD erhält den Deutschen Nachhaltigkeitspreis Forschung / Volker Cornelius bleibt VBI-Präsident / 5. LAU-Anlagen-Treffpunkt “Neues aus dem DIBt - Dichtkonstruktionen und Abdichtungsmittel in LAU-Anlagen” / VDI-Abeitskreis Technikgeschichte

Firmen und Verbände: Bahn vergibt Auftrag für Bau der Neckarbrücke

In eigener Sache: Prof. Peter Mark neues Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat

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Main breakthrough in the Ceneri Base Tunnel / Hauptdurchschlag im Ceneri-Basistunnel
First TBM breakthrough in Norway for 20 years / Erster TBM-Durchschlag in Norwegen seit 20 Jahren
Semmering Base Tunnel: start of tunnelling in Lower Austria / Semmering-Basistunnel: Start für Tunnelbau von niederösterreichischer Seite
Stellingen noise protection tunnel awarded / Lärmschutztunnel Stellingen vergeben
Asfinag awards the second bore of the Perjen Tunnel / Asfinag vergibt zweite Röhre des Perjentunnels
Züblin to extend the largest copper mine in the world / Züblin erweitert weltgrößtes Kupferbergwerk
German Railways awards the Albvorland Tunnel / Bahn vergibt Albvorlandtunnel
Works acceptance for the TBM for the Rastatt Tunnel / Werksabnahme der TBM für Tunnel Rastatt
Route planning for alignment selection commissioned for the Brenner north approach / Streckenplanung zur Trassenauswahl für den Brenner-Nordzulauf beauftragt
Call for papers - Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling / Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

Obituary for Em. Univ. Professor Martin Fuchsberger / Nachruf Em.Univ.-Professor Martin Fuchsberger
75th birthday of Harald Lauffer / 75 Jahre Harald Lauffer
Retirement Professor Hans Georg Jodl / Emeritierung Professor Hans Georg Jodl

This paper introduces InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) as an advanced tool for measuring and monitoring surface ground movements over time, with interest in all phases of a tunnel project, both in urban and non-urban areas. Following a preliminary overview of the technology used to compile radar images of the earth's surface, the multi-image techniques (Persistent Scatterers Interferometry, PSI) and the InSAR algorithm (SqueeSAR) are briefly outlined. Two examples of InSAR data applied to tunnelling projects are presented. In the first case, the integration of InSAR surface measurements into monitoring by conventional methods is discussed as a tool for providing useful information to study the relationship between tunnelling and surface settlements. In the second case, the temporal evolution of ground displacements provided by SqueeSAR is applied in order to understand the link between tunnel excavation and surface movements, along a slope under passed by two large tunnels.

Urban tunnel projects such as new metro lines face particular challenges. Shallow overburden, difficult (hydro)geological conditions and sensitive buildings in close proximity are risks that often cannot be avoided, demanding large and complex geotechnical monitoring programmes. This paper considers the current situation of tunnel monitoring in urban environments and describes two specific monitoring solutions, one for shafts and one for structures, and emphasises the importance of efficient data management with the assistance of a tunnel information system. Finally, the paper gives an overview of recent research activity and emerging sensing technologies.

Discontinuity mapping of tunnels during excavation is a key component of the interactive observational design approach. One requirement is to verify the geological and geomechanical predictions made at the design stage. In recent years, fully automated, remote-based techniques such as Terrestrial Laser Scanning (TLS) and Infrared Thermography (IRT) have become available, and their applications have increased, reducing the time needed to obtain complete geomechanical mapping of the rock mass. The effective use of these techniques is of great interest in tunnelling where the need arises for the operators to work close to the tunnel face. This paper presents a discussion of the main technical features of TLS and IRT, as well as data processing methods, followed by a case study of a tunnel excavated in the NW Italian Alps.

The Ingelsberg in Bad Hofgastein, Austria, is a highly hazardous mountain slope in the State of Salzburg. The Ingelsberg exhibits periodic episodes of instability, prompting major efforts to construct rock fall retention basins and safety nets to mitigate risks associated with future slope failures. As the results of traditional slope monitoring have proved rather ambiguous, continuous real-time monitoring of the Ingelsberg was performed from March 2013 through July 2014. The monitoring was undertaken with a Ground Based Interferometric Synthetic Aperture Radar (GB-InSAR). The data set of approximately 130, 000 radar scans represent the first long-term GB-InSAR measurements made in Austria, and indicate an episodic pseudo-sheeting failure process, somewhat analogous to the calving of a glacier front. Furthermore, reasonable time of failure predictions for rock fall events having volumes of only several tens of cubic meters could be made from the data set. The GB-InSAR monitoring provides significant insight regarding the overall slope behavior, failure tendencies, and associated geotechnical hazards of the Ingelsberg.

3D images combine visual and geometric information making them an obvious source for capturing and characterising rock surfaces especially when there are constrained time and access conditions. By taking photographs with an off-the-shelf camera and using modern algorithms from photogrammetry, 3D imaging has become state of the art on many conventional tunnel construction sites. Data is acquired on a daily basis, processed, geologically assessed, and finally stored in a suitable data base. The contribution provides a brief introduction of the technology and its measurement capabilities, as well as a description of the practical application during the construction of the 8 km long Gleinalmtunnel in Austria.

Digital data acquisition, data management and 3D modelling techniques are common techniques in the mining industry. On the other hand, civil engineering projects still lag behind in applying advanced technologies during geological reconnaissance and investigation. The La Colosa gold mining project (Colombia) is presented as an example, where sophisticated digital mapping techniques and 3D geological modelling is not only used for mining related issues, but is also successfully applied for the geological, geotechnical and hydrogeological investigations of adjacent civil engineering sites of the associated mine infrastructure.

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Aktuell werden Grubengebäude im Steinsalz für die Endlagerung von schwach- und mittelradioaktiven oder chemotoxischen Abfällen genutzt. Um für diese Grubengebäude Aussagen zur Integrität der Barriere zu machen oder um geotechnische Abdichtungsbauwerke zu bemessen, sind numerische Werkzeuge erforderlich. Am Institut für Grundbau und Bodenmechanik der Technischen Universität Braunschweig ist für Prognoseberechnungen das Stoffmodell TUBSsalt entwickelt worden. Die Formulierung des Stoffmodells erlaubt die Abbildung der wesentlichen Kriechvorgänge sowie der Phänomene Schädigung, Bruch und Verheilung. Ebenso wird der Einfluss der Temperatur auf das mechanische Verhalten berücksichtigt. Die erforderlichen Parameter können anhand von Laborversuchen bestimmt werden. Die Implementierung des Stoffmodells erfolgte in zwei unterschiedlichen numerischen Programmsystemen der Methode der Finiten Elemente und der Methode der Finiten Differenzen. Mit einem einheitlichen Parametersatz für einen Salztyp kann eine gute Übereinstimmung zwischen den berechneten Daten und den Versuchsergebnissen erzielt werden. Um ein vielseitiges und zuverlässiges Werkzeug zur Bemessung von Hohlräumen im Salzgebirge zu erhalten, wird die Validierung des Stoffmodells auch an komplexeren Strukturen fortgesetzt.

A thermal-mechanical constitutive model for rock salt with consideration of damage, failure and healing.
Numerous mine workings in rock salt are used in the present for the disposal of low and intermediate level radioactive waste or chemo-toxic waste. In order to get information about the integrity of the mine workings' barrier or to calculate geotechnical sealing structures, numerical tools are necessary. For this purpose, the constitutive model TUBSsalt was developed at the Institute for Soil Mechanics and Foundation Engineering of the Technische Universität Braunschweig. The constitutive model's formulation enables the simulation of the significant creeping mechanisms as well as damage, failure and healing. The influence of the temperature on the mechanical behavior is also considered. The parameters can be determined by laboratory tests. The implementation of the constitutive model is realized in two different numerical program systems. By using a uniform set of parameters for a type of salt a good match between the calculated data and the measured data can be achieved. In order to get a versatile and reliable tool for the calculation of cavities in rock salt, the validation of the constitutive model will be continued with more complex structures.

Die Anwendung von Strukturoptimierung im Bereich der Geotechnik wird in diesem Artikel vorgestellt. Der generelle strukturelle Aufbau (Topologie) eines Streifenfundaments wird hinsichtlich des Verformungsverhaltens optimiert. Zur Topologieoptimierung wird die Solid-Isotropic-Material-with-Penalization-(SIMP)-Methode angewendet. In diesem Artikel wird dafür eine Finite-Elemente-Analyse mit einem entsprechendem Optimierungsalgorithmus gekoppelt. Für die FE-Analyse wird ein hypoplastisches Stoffmodell zur Modellierung von Materialübergängen angewendet. Untersucht werden vier ebene Lastfälle. In einer anschließenden Validierung mit physikalischen 1-g-Modellversuchen werden nachgebildete optimierte Gründungsstrukturen belastet und mit alternativen volumengleichen Fundamenten hinsichtlich ihres Last-Verformungs-Verhaltens verglichen. Die präsentierte Untersuchung zeigt sowohl die Anwendbarkeit als auch das Potenzial der Topologieoptimierung in der Geotechnik.

Topology optimization in geotechnical engineering: application to foundations and validation.
This article presents the application of structural optimization in geotechnical engineering. The general design (topology) of a foundation strip is optimized with respect to its deformation behaviour within the service limit state. The SIMP-method is applied for the topology optimization. Hence, a finite element analysis with Abaqus is combined with an adequate optimization algorithm. A hypoplastic constitutive model for modeling material transitions is used for finite element analysis. Four load cases will be examined. The optimized topology design will be reproduced for the following validation with 1 g physical models. A comparison of the load deformation behavior with non optimized foundations with equal volume is carried out. The presented study shows the applicability and potential of topology optimization in geotechnical engineering.

Seit 1996 wurden sieben Autobahndreiecke am Berliner Ring umgestaltet. Hierzu erfolgte der Neubau von Großbrücken mit Gesamtlängen bis 200 m. Die Gründung der Pfeiler und Widerlager wurde ausnahmslos als Flachgründung ausgeführt. Nach DIN 4019 sind für Setzungsberechnungen vorzugsweise Rechenmoduln E* durch Rückrechnung von Setzungsbeobachtungen zu gewinnen. Die an den Bauwerken ausgeführten Setzungsmessungen wurden ausgewertet. Mit den vorliegenden Messergebnissen konnten durch Rückrechnung für Sand und Geschiebemergel Rechenmoduln E* ermittelt werden. Durch Vergleichsrechnungen fanden diese Bestätigung und können für zukünftige Setzungsprognosen an Brückenbauwerken in gleichartigen Böden Verwendung finden.

Evaluation of settlement measurements at bridge constructions along highway Berliner Ring.
Seven highway interchanges along highway A 10 Berliner Ring have been reconstructed since 1996. Large new bridges with length of up to 200 m were built in the frame of that projects. The foundations of the piers and abutments are designed and constructed as shallow foundations on sand and boulder clay. Settlement prediction was done by means of back calculated modulus of elasticity E* based on measured settlements. The main project details, subsoil conditions and results from measurements as well as back calculations are presented in the paper. The results are shown to be in good agreement and can be used for settlement prediction of shallow foundations on similar subsoil conditions.

Die Berechnung von Grenzzuständen in Böden und Fels im Hinblick auf die Tragfähigkeitsbestimmung und Standsicherheitsanalysen ist eine klassische Aufgabe des Grundbaus. Eine leistungs- und anpassungsfähige Methode zur Lösung solcher Probleme ist die Kinematische-Element-Methode (KEM), welche vom ersten Verfasser vor etwa 30 Jahren vorgestellt wurde. Diese wurde seitdem kontinuierlich weiterentwickelt und auf ein immer breiteres Aufgabenfeld angewendet. Nach einer kurzen Einführung in die Grundlagen der KEM wird in diesem Beitrag deren Anwendung auf komplexe Fragestellungen anhand von Beispielen vorgestellt und diskutiert. Behandelt werden die Bestimmung von Grundbruchlasten bei tief liegender Fundamentsohle und benachbarten Fundamenten, das Trapdoor-Problem und die Berechnung der Tragfähigkeit von Plattenankern. Die Möglichkeit der Optimierung einer Böschungsgeometrie wird aufgezeigt sowie ein Konzept zur Berücksichtigung teilgesättigter Bodenverhältnisse und räumlicher Einflüsse beschrieben.

The method of kinematical elements in geotechnics - new developments and applications.
The prediction of limit states in soils and rocks is a classical task in foundation engineering. An efficient and adaptable tool to solve such problems is the kinematical element method (KEM), which has been presented by the first author nearly 30 years ago. This method has been improved continuously and has been applied to a more and more broad field of problems. Following a short introduction to the basic principles of the method a number of applications of KEM to complex topics is presented and discussed. Bearing capacity of deep footings and of two adjacent interfering footings, the trap door problem and the ultimate load of plate anchors are studied. The potential of optimizing the geometry of a slope is demonstrated and approaches to take into account unsaturated soil conditions as well as three dimensional effects are shown.

The design of tunnels requires the proper prediction of surface settlements for estimating the potential impact on adjacent structures. In computational methods, accurate prediction of the tunnelling-induced surface settlements should consider the features of the non-linear elastic soil behaviour, the tunnel deformation boundary condition and the tunnelling details. In this paper the tunnel-deforming mechanism is modelled by an analytical approach to account for the three different tunnel-deforming components, i.e. ground loss, ovalization and vertical translation. The deformation around the tunnel profile was shown to be highly non-uniform. Such a tunnel deformation model was then integrated into the numerical analysis to investigate how the influences affect the predicted surface settlement profile. The capacity and applicability of the proposed procedure were explored by means of a parametric study. Results indicate that a realistic tunnel-deforming pattern combined with a soil model that can take account of stiffness decay at small strains can lead to a more accurate prediction of tunnelling-induced settlement profiles.

Modellierung von Oberflächensenkungen durch ungleichmäßige Verformungen eines Tunnels.
Der Entwurf von Tunneln erfordert eine genaue Vorhersage von Oberflächensenkungen zur Abschätzung der möglichen Auswirkungen auf angrenzende Bauwerke. Im Rechenverfahren sollte eine genaue Vorhersage der durch den Tunnelbau hervorgerufenen Oberflächensenkungen die Eigenschaften des nichtlinearen, elastischen Bodenverhaltens, die Randbedingungen der Tunneldeformation und Einzelheiten des Tunnelbaus berücksichtigen. In dieser Arbeit wurde der Tunnelverformungsmechanismus durch eine analytische Herangehensweise dargestellt, um drei verschiedene Tunnelverformungskomponenten, d. h. Masseverlust, Ovalisierung und vertikale Translation, zu berücksichtigen. Die Verformung rund um das Tunnelprofil erwies sich als höchst uneinheitlich. Ein solches Tunnelverformungsmodell wurde dann in der numerischen Analyse angewandt, um die Auswirkungen der Einflussfaktoren auf das vorhergesagte Profil der Oberflächensenkung zu erforschen. Die Kapazität und die Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Verfahrens wurden von einer Parameterstudie untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass ein realistisches Tunneldeformationsmuster zusammen mit einem Bodenmodell, welches Festigkeitsverlust bei kleiner Belastung berücksichtigen konnte, zu einer genaueren Vorhersage des durch den Tunnelbau verursachten Bodensenkungsprofils führen können.

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