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Die Bewertung von Bauprozessen hinsichtlich umweltrelevanter Aspekte nimmt an Bedeutung zu und ist für die Baupraxis von besonderem Interesse. Es wird eine Bewertungsmethode für die Rüttelstopfverdichtung (RSV) und die dynamische Intensivverdichtung (DYNIV) mit Einschlagen von sog. DYNIV-Säulen vorgestellt, welche sowohl technische als auch umweltrelevante Kriterien einbezieht. Zur Bewertung der umweltrelevanten Aspekte wird die Ökobilanzierung angewendet. Aufgrund der durch die Klimakrise zunehmenden Bedeutung des globalen Erwärmungspotenzials (GWP) wird dieses als maßgeblicher Indikator für die Beurteilung der Umweltrelevanz festgelegt.
Mit den beiden hier betrachteten Verfahren zur Baugrundverbesserung werden granulare Säulen hergestellt, wobei die DYNIV in verdichtbaren Böden zusätzlich eine signifikante Verbesserung der Bodeneigenschaften unterhalb des Säulenfußes erzeugt. An einem konkreten Projektbeispiel eines Logistikzentrums zeigen die Analyseergebnisse daher Vorteile der DYNIV hinsichtlich der Umweltwirkungen. Bei dem im Rahmen dieser Untersuchung definierten Setzungskriterium können die DYNIV-Säulen im Vergleich zu der RSV bis zu 60 % des GWP einsparen. Lässt man größere Setzungen zu, könnten die Umweltwirkungen beider Verfahren weiter reduziert werden. Diese Entscheidung wird künftig durch die Bauherren zu treffen sein. Am vorliegenden Beispiel wird die multidisziplinäre Optimierung mit den beiden Kriterien -sowie- durchgeführt.

Climate-related optimisation of soil improvement - Multidisciplinary approach to combine life cycle assessment and technical aspects
The evaluation of construction processes regarding environmentally relevant aspects is becoming increasingly important and is of particular interest for construction business. An evaluation method for stone columns and dynamic compaction with installation of large stone pillars, called Dynamic Replacement (DR), is presented, which includes both technical and environmental criteria. The life cycle assessments (LCA) turn out to be the most suitable method for the evaluation of environmentally relevant aspects. Due to the increasing relevance of the global warming potential (GWP) because of the climate crisis, the GWP is defined as the relevant indicator.
The two soil improvement methods considered here produce granular columns, with DR in compactible soils producing a significant improvement in soil properties below the base of the column. Using a case study of a logistics centre, the analysis results therefore show advantages of DR in terms of environmental impact. With the settlement criteria of 1.5 cm defined here, the DR pillars can save approx. 60 % of the GWP compared to the stone columns. If larger settlements are allowed, the environmental impacts of both methods can be further reduced. In the future, this decision will have to be made by the client. In the present example, the multiobjective optimisation is carried out with the criteria of minimising the settlement as well as the GWP.

Baugrundgutachten, welche die Klassifizierung der Untergrundverhältnisse beinhalten, sind die Grundlage für Projektierungsarbeiten und oftmals eine wesentliche Vertragsgrundlage für die Vergabe von Bauleistungen. Verschiedene Standards, z. B. die ISO 14688-1 und der Unified Soil Classification System (USCS), werden in der Praxis herangezogen, um den Boden basierend auf seiner Korngrößenverteilung und Plastizität zu charakterisieren. Alternativ kann eine indirekte Klassifizierung mittels Drucksondierungen unter Verwendung von Bodenverhaltensdiagrammen erfolgen. Im gegenständlichen Beitrag werden die Klassifizierungsansätze basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Bodens (ISO 14688-1, USCS) und Ergebnisse von In-situ-Tests, an diversen Versuchsfeldern und Baustellen verglichen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Bodenverhaltensdiagramme nach Robertson (2009, 2016) und Schneider et al. (2008) in alpinen Beckenverfüllungen zur Abschätzung der Korngrößenverteilung verwendet werden können, wenngleich in feinkörnigen Böden eine bessere Übereinstimmung mit dem USCS, im Vergleich zur ISO 14688-1, erzielt wird. Zusätzlich wurden neue Klassifizierungen für die Bodenverhaltensdiagramme entwickelt, welche einen verbesserten Rückschluss auf die Korngrößenverteilung ermöglichen. Weitere Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Abschätzung der Korngrößenverteilung seitens des/der GeotechnikerIn in feinkörnigen Böden große Erfahrung benötigt und deutlich streuen kann.

The challenge of soil classification - Possibilities and advantages of the cone penetration test
Geotechnical reports, which include the classification of the subsoil, represent the basis for project planning and are often essential for awarding construction services. Various standards, such as the ISO 14688-1 and the Unified Soil Classification System (USCS), are used in practice to characterize the soil based on its particle size distribution and plasticity. In contrast, indirect classifications by means of cone penetration tests are based on soil behaviour type charts. In this paper, classification systems based on the physical properties of soils (ISO 14688-1, USCS) and in-situ tests are compared at different test and construction sites. The results indicate that soil behaviour type charts according to Robertson (2009, 2016) and Schneider et al. (2008) are suitable for estimating particle size distributions in alpine deposits, even though a better agreement is reached in fine-grained soils with the USCS, compared to the ISO 14688-1. Alternative classifications were elaborated for these soil behavior type charts, leading to an improved estimation of the particle size distribution. Further results illustrate that the estimation of particle size distribution by geotechnical engineers requires great experience in fine-grained soils and can vary significantly.

In diesem Beitrag wird für die Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge einer einfach verankerten Baugrubenwand ein Vergleich mit drei Methoden an einem Beispiel durchgeführt: 1) Herkömmliche Methoden der Statik (mit verschiedenen Definitionen für die Sicherheit), 2) Finite-Elemente-Methode mit Reduktion der Scherfestigkeit, 3) statisches und kinematisches Kollapstheorem in Finiter-Elemente-Implementierung. Die beiden untersuchten Finite-Elemente-Methoden liefern für das gewählte Beispiel eines einfach verankerten Baugrubenverbaus ähnliche globale Sicherheitsfaktoren wie die Methoden der Statik bei einer Sicherheitsdefinition nach Nachweisverfahren 2. Mit der Sicherheitsdefinition nach Kranz folgen deutlich höhere Sicherheiten. Mit beiden Finite-Elemente-Methoden können Ausnutzungsgrade im Sinne des Eurocodes ermittelt werden, die in dem gezeigten Beispiel ähnlich, aber leicht konservativer sind als die mittels eines Nachweisverfahrens 2 ermittelten Ausnutzungsgrade. Die gezeigten Untersuchungen sind ein weiteres Indiz dafür, dass moderne numerische Methoden gut in der Bemessung eingesetzt werden können.

Numerical investigations on the stability in the lower failure plane
In this paper, three methods for verification the stability in the lower failure plane of an anchored retaining wall are compared: i) conventional methods of structural analysis (with different safety definitions), ii) finite element method with reduction of shear strength, iii) static and kinematic collapse theorem in finite element implementation. For the selected example of a retaining wall with one anchor, the two finite element methods investigated provide similar global safety factors as the methods of structural analysis with a safety definition according to design approach 2 of the Eurocode. With the safety definition according to Kranz, significantly higher safety factors follow. Both finite element methods can be used to determine utilization ratios in the sense of the Eurocode. These ratios are in the example shown are similar to the utilization ratios determined by means of design approach 2, but slightly more conservative. The investigations shown are a further indication that modern numerical methods can be used well in design.

Bei der klassischen Arbeitsweise im Bauwesen sind die Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten zwischen der geotechnischen Fachplanung, dem Auftraggeber und den weiteren Projektbeteiligten wie Planer und Bauausführung eindeutig festgelegt und haben sich bewährt. Jedoch wird im Infrastrukturbau zukünftig verpflichtend vom Sachverständigen für Geotechnik zusätzlich zum Geotechnischen Bericht auch das Fachmodell Baugrund eingefordert. Durch die Vernetzung dieses Fachmodells mit anderen Fachmodellen im Gesamtmodell wird sich für den Sachverständigen für Geotechnik damit voraussichtlich eine stärkere Einbindung und ein größerer Tätigkeitsumfang beim Planungs- und Realisierungsprozess einer Baumaßnahme über den gesamten Lebenszyklus ergeben. Zudem wird aufgrund der notwendigen Standardisierung der Modellstruktur aller Fachmodelle in einem BIM-Projekt der Auftraggeber stärker in die Verantwortung gezogen. So sind vom Auftraggeber hinsichtlich der Modellstruktur auch klare Vorgaben für die Geotechnik zu formulieren. Die bisherigen Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten in einem Projekt werden erweitert und teilweise angepasst. Die vorliegende vierte Empfehlung des Arbeitskreises 2.14 der DGGT “Digitalisierung in der Geotechnik” beschreibt die bei BIM-Projekten vorhandene Organisationsstruktur und definiert die Zuständigkeiten und Verantwortlichkeiten bei der Bearbeitung des Fachmodells Baugrund.

Role allocation during the development, update and utilisation of the specialized model subsoil - Recommendation No. 4 of the working group 2.14 (DGGT) “Digitalization in geotechnical engineering”
Regarding the classical workflow in civil engineering, the responsibilities between geotechnical engineers, the client and other project partners like technical planners and construction companies are clearly defined and well established. In infrastructure construction, however, it will be prospectively obligatory that the geotechnical expert delivers a specialized model subsoil in addition to the geotechnical report. As this specialized model subsoil needs to be directly interconnected with other specialized models to build up the overall BIM model, the geotechnical expert will most likely be deeper embedded in the planning and construction process over the whole project life cycle. Furthermore, due to the need of standardization in the BIM process and the need to develop a suitable model structure for all specialized models, the client will also gain further responsibilities compared to the classical planning process. As an example, the clients have to define a clear and explicit model structure for the geotechnically related specialized models, too. This leads to an expansion as well as adaption of responsibilities throughout the project handling. Within this fourth recommendation of the DGGT working group 2.14 “digitalization in geotechnical engineering” the existing organizational structures within BIM projects are described and the responsibilities are defined focusing on the development of the specialized model subsoil.

DGGT-Mitteilungen:
Fachsektionstage Geotechnik - 12./13. September 2023 in Würzburg
38. Baugrundtagung 2024 in Bremen
Aktuelles aus der DGGT
ISSMGE International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
ISRM International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering
IAEG International Association for Engineering Geology and the Environment
IGS International Geosynthetics Society

Junge DGGT:
Rückblick Workshop 24./25. April in Stuttgart

Persönliches:
Zum 70. Geburtstag vom Prof. Dr.-Ing. Norbert Vogt
Ehrendoktorwürde für Prof. Dr. Heinz Brandl

CBTR-Nachrichten

Das aktuelle Urteil:
Tiefbau contra Sparten
Auftragnehmer oder Arbeitnehmerüberlassung?
Und wieder die Bedenkenmitteilung...

geotechnik aktuell:
Schrobenhausener Tage 2023
18. Auslobung des Ernst & Sohn Ingenieurbaupreises
Zweiter europäischer Short course “Grouting Fundamentals & Current Practice” in München

8. Felsmechanik- und Tunnelbautag
Entwicklungen in der Theoretischen Bodenmechanik
4. Fachsektionstage Geotechnik - Interdisziplinäres Forum
12th International Conference on Geosynthetics
15th ISRM Congress 2023
HTG Kongress 2023

Zum Titelbild:
Im Rahmen des Forschungsprojekts “Half Monocoque Structures - Raumbildende Tragstrukturen aus Sandwichelementen” wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der maximalen Tragfähigkeit an der Lasteinleitungsstelle axialbeanspruchter selbsttragender Sandwichelemente durchgeführt. (© Glen Akama Eseme, 2020). Siehe Beitrag: Ungermann, D.; Akama Eseme, G., S. 82 ff.

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Es wird eine Online-Plattform für die Annotation und Verwaltung von visuellen digitalen Daten vorgestellt, die es erstmalig erlaubt, Zustandsbewertung und Instandsetzungsmodellierung von Beschichtungssystemen an maritimen Stahlbauwerken ausschließlich und durchgängig auf der Basis digitaler Bilddaten vorzunehmen. Es wird ein 10-Schritte-Verfahren eingeführt, das die Gewinnung der Daten, ihre Übertragung in die Online-Plattform, die Annotation und Bearbeitung der Daten mittels spezieller Werkzeuge und Methoden, die Modellierung und die Zustandsbewertung umfasst. Anhand von Beispielen werden einige spezielle Anwendungen der Plattform erläutert.

An online platform for the management of digital visual data for the condition monitoring of protective coatings on marine steel structures
The paper presents an online platform for the annotation and management of visual digital data, which allows for the condition monitoring and maintenance modelling of protective coatings of marine steel structures by means of digital image data only. A 10-step procedure is introduced which includes the data acquisition, transfer of the data into the online platform, the annotation and management of the data by means of special tools and methods, and the modelling for condition monitoring and maintenance purposes. Some special applications of the platform are exemplary illustrated.

Für die Zustandsüberwachung werden Ingenieurbauwerke zunehmend durch Monitoringsysteme ausgestattet. Besonders deutlich wird dies bei Infrastrukturbauwerken des Straßenverkehrsnetzes, da entsprechende Brücken durch die gestiegene Verkehrsstärke und Lastintensität häufig höher beansprucht werden, als das im ursprünglichen Planungsprozess berücksichtigt werden konnte. Zukünftig werden durch Sensorsysteme ausgestattete “intelligente Bauwerke” verstärkt dazu beitragen, ein besseres Verständnis zum Tragverhalten und zum Bauwerkszustand zu gewinnen. Die sachgerechte Interpretation der Monitoringdaten sowie deren Berücksichtigung bei der Bemessung von Tragwerken sind stets anspruchsvoll und mit Herausforderungen verbunden. Dieser Thematik widmet sich der vorliegende Beitrag. Es wird gezeigt, wie das Tragverhalten einer Struktur durch Sensordaten und mithilfe eines Bayesschen Ansatzes präzisiert und dies im semiprobabilistischen Sicherheitskonzept des Eurocode berücksichtigt werden kann.

Sensor-based identification of structural stiffness for the design of steel structures
Engineering structures are increasingly equipped with sensors for health monitoring. This is particularly evident in the case of infrastructure of the road traffic network, since the bridges are often subjected to higher stresses due to increased traffic volume and load intensity than considered in the original design process. In the future, “intelligent structures” equipped with sensor systems will increasingly contribute to gaining a better understanding of the load-bearing behavior and the condition of structures. The proper interpretation of monitoring data and their consideration in the design of structures is always demanding and associated with challenges, to which this article is dedicated. In this study, it is shown how sensor data can be utilized to specify the load-bearing behavior of a structure using a Bayesian approach, and how this integration can be taken into account in the semi-probabilistic safety concept of the Eurocode.

Im Rahmen des Forschungsprojekts “Half Monocoque Structures - Raumbildende Tragstrukturen aus Sandwichelementen” wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen unter axialer Druckbeanspruchung durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens war es, vorhandene Berechnungsansätze zur Trag- und Gebrauchstauglichkeit und die Detaillösungen zur Lasteinleitung und -verteilung zu validieren und ggf. weiterzuentwickeln. Es wurde zunächst eine selbsttragende Konstruktion aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion als Beispielobjekt entworfen. Hierzu wurden alle notwendigen Konstruktionszeichnungen und Detaillösungen zur Ausbildung der Lasteinleitungsstellen und Stoßpunkte ausgearbeitet und für diese Anwendung festgelegt. Außerdem wurde eine wirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Bauweise anhand des Beispielobjekts vorgenommen. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der ganzheitlichen Betrachtung der Bauweise sollen dann als Grundlage für den Erwerb einer bauaufsichtlichen Zulassung dienen. In diesem Aufsatz werden die wesentlichen Forschungsergebnisse präsentiert und die Vorzüge der Bauweise selbsttragender Konstruktionen aus Sandwichelementen ohne eine tragende Unterkonstruktion verdeutlicht.

Half monocoque structures - space-forming load-bearing structures made of sandwich panels
In the process of the research project called, “Half Monocoque Structures - Space-forming and load-bearing structures made of sandwich panels ”, theoretical and experimental investigations were carried out into the load-bearing behavior of self-supporting structures made of sandwich panels under axial compressive loading. The aim of the research project was to validate and, if necessary, further develop existing calculation approaches for load-bearing and serviceability and design detailed solutions for load introduction and distribution areas. A self-supporting structure made of sandwich panels was first designed as an example object. For this purpose, all necessary design drawings and detailed solutions for the formation of the load application points and impact points were worked out and defined for this application. In addition, an economic and ecological analysis of the construction method was carried out on the basis of the example object. The results gained from the holistic consideration of the construction method is then to serve as the basis for the acquisition of a building authority approval. In this article, the main research results are presented and the advantages of the construction method of self-supporting sandwich panels structures without a supporting substructure are presented.

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Reaktive Brandschutzsysteme finden im baulichen Brandschutz Anwendung zur Erhöhung des Feuerwiderstands von Stahlkonstruktionen. Neben den Anforderungen an die Feuerwiderstandsdauer können damit auch Ansprüche an die Ästhetik erfüllt werden. Die profilfolgende Applikation und die geringen Trockenschichtdicken der Produkte ermöglichen es, das filigrane Erscheinungsbild von Stahlkonstruktionen aufrechtzuerhalten. Neben der thermischen Schutzwirkung muss auch die Dauerhaftigkeit der Brandschutzbeschichtung sichergestellt werden. Die Bewertungsmethoden, die auf europäischer Ebene durch das EAD 350402-00-1106 zur Verfügung stehen, zielen auf eine Nutzungsdauer von zehn Jahren ab. Prüfverfahren für einen darüber hinausgehenden Zeitraum sind nicht beschrieben. In diesem Beitrag werden experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Bewitterung auf das Expansionsverhalten, zur thermischen Schutzwirkung und zu den während des Aufschäumens im Brandfall stattfindenden Reaktionen vorgestellt. Die Versuche wurden an einem wasserbasierten und einem epoxidharzbasierten reaktiven Brandschutzsystem durchgeführt. Die Ergebnisse wurden im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 20470 N erzielt.

Experimental investigations on the durability of intumescent coatings
Intumescent coatings are used in structural fire protection to improve the fire resistance of steel structures. Beside structural fire resistance also aesthetic demands can be fulfilled. The profile-following application and the low dry film thickness of the products make it possible to maintain the filigree appearance of steel structures. In addition to the thermal protection effect, the durability of the coating must also be ensured. The assessment methods available at European level by EAD 350402-00-1106 aim to a service life of ten years. Test methods for a longer period are not described. This paper presents experimental investigations on the influence of weathering on the expansion behaviour, the thermal performance and the reactions taking place during foaming in case of fire. The tests were carried out on a water-based and an epoxy resin-based intumescent coating. The research results were obtained in the IGF research project 20470 N.

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Aktuelles:
Erzeugerpreisindex Stahl (2015 = 100)
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlschrottsorten in Deutschland

Persönliches:
Jacqueline Pauli auf Lehrstuhl Tragwerksentwurf an der ETH Zürich berufen
Johannes Naumes ist Professor für Stahl-, Holz- und Verbundbau an der Hochschule Trier
Zum 175. Geburtstag von Friedrich Engesser

Tagungen & Veranstaltungen:
Save the date: Hochfester Stahl im Stahl- und Anlagenbau am 16. und 17. Mai 2023

SZS steel news:
steelacademy 01/23 - Weiterbildungskurs “Verbindungen im Stahl- und Verbundbau”

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Stub column compression test of a cold-formed C-shaped steel-section used for the validation of a new design approach which combines the AISI S100-16 Direct Strength Method with EN 1993-1-3. Failure mode of the test specimen: distortional buckling (s. paper: Ungermann, D.; Lemaski, T.; Brune, B., pp. 78-92). Copyright: TU Dortmund Lehrstuhl Stahlbau

This paper reports an experimental investigation on the behaviour and strength of cold-formed high-strength steel (G450-G500) lipped channel beams susceptible to local-distortional interaction. The experimental campaign comprised 36 tests involving simply supported beams bent about the major axis, exhibiting various ratios between their distortional and local critical buckling moments (from 1.09 to 1.46) and acted by either uniform (20 tests) or non-uniform (trapezoidal: 16 tests) bending diagrams. The results presented and discussed consist of equilibrium paths, photos providing the evolution of the beam deformed configurations and failure moments. The paper also includes a few remarks on the design, using the Direct Strength Method, of the beams under consideration.

A Eurocode-compliant design approach was developed for the design of thin-walled cold-formed steel sections which combines the AISI S100-16-Direct Strength Method (DSM) with the design provisions of EN 1993-1-3. The new design approach transfers the cross-sectional resistance determined acc. to DSM based on numerical elastic buckling analyses on the gross cross-section into the global member verification acc. to EN 1993-1-3. Additional factors were introduced to optimize the new approach, e.g., to account for the effects of the nonlinear stress distribution in cross-sections subject to local and/or distortional buckling. Within the framework of the German research project FOSTA P1328/IGF 19964, an extensive series of tests on differently shaped, perforated, and unperforated cold-formed sections in compression and bending were conducted which serve to analyze the buckling phenomena and the load-bearing capacity and to validate the new design approach. In addition, a numerical model was developed, calibrated to the tests, and used for further parametric analyses on the load-bearing capacity of cold-formed sections.

The “General Method” according to chapter 6.3.4 of EN1993-1-1 or 8.3.4 of prEN1993-1-1 deals with the verification of stability problems of frame and beam structures with loadings in-plane. The “General method” according to Eurocode is intended for the general case of a combined moment and normal force. For the choice of the reduction factor &khgr;op, there are two options for applying the reduction curve, either the minimum of lateral torsional buckling (LTB) and flexural buckling (FB) or a weighted combination of both. With the use of analytical derivations, it can be shown that this approach leads to inconsistencies which can possibly lead to incorrect results. In this paper an alternative approach is presented which leads to unification and fully mechanical justification in verification. The approach allows e.g. the verification of stability of an entire frame system directly and without interaction factors (as in the equivalent member method). In addition, the issue of a consistent equivalent imperfection is addressed. With the use of this method, geometrical non-linear analyses of structures showing out-of-plane instability can be omitted; only an in-plane calculation and a determination of a linear buckling analysis is necessary. Finally, examples are presented in this paper that demonstrate the application of the approach shown.

Web holes are commonly seen in cold-formed steel channel sections to accommodate the technical services. The presence of the web holes has resulted in the reduction of the sectional capacities of the cold-formed steel sections and has been considered in the design according to the American Specification AISI S100-16 using a new approach in the design called the Direct Strength Method (DSM). This article, therefore, will use this design method to investigate the sectional capacities of perforated channel sections under compression or bending with the variation of hole sizes in relation to those of gross channel sections. Elastic buckling analysis - a compulsory requirement for application of the DSM - can be conducted using a module CUFSM software program recently developed by the American Iron and Steel Institute. The investigated channel sections are taken from the availably commercial sections. The obtained sectional capacities are seen as the opposite trends for local and distortional buckling modes, although a downtrend of the sectional capacities is found in general with the increase of hole dimensions. It was found that perforated channel sections with smaller hole height and longer hole lengths were recommended to obtain the optimum section capacities in terms of the same web hole area, but the opposite trend was seen for these sections under bending with long hole lengths.