Bodenuntersuchungen im Feld 31 4.3.1 Rammsondierungen . Bei ...
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<strong>4.3.1</strong> <strong>Rammsondierungen</strong>.<br />
<strong>Bei</strong> <strong>Rammsondierungen</strong> werden gemäß [L 30]<br />
Sonden mit Rammbären in den Boden gerammt.<br />
Gemessen wird die Anzahl der Schläge N10, die<br />
für eine Eindringtiefe von jeweils 10 cm erforderlich<br />
sind. Diese Messwerte sind in ein Messprotokoll<br />
einzutragen und, in Verbindung mit<br />
den zugehörigen Bohrprofilen, grafisch darzustellen<br />
(<strong>Bei</strong>spiel in Abb. 4-14).<br />
4.3.2 Drucksondierungen.<br />
<strong>Bodenuntersuchungen</strong> <strong>im</strong> <strong>Feld</strong> <strong>31</strong><br />
<strong>Bei</strong> nach DIN 4094-1 [L 28] ausgeführten<br />
Drucksondierungen werden Sonden durch sich<br />
verändernde Kräfte mit konstanter Geschwindigkeit<br />
in den Boden gedrückt. Gemessen werden<br />
Spitzendruck, Mantelreibung und ggf. Porenwasserdruck.<br />
Die getrennte Erfassung von<br />
lokaler Mantelreibung fs (in MN/m2 ) und Spitzenwiderstand<br />
qc (in MN/m2 Abb. 4-14 Schwankungen des Eindringwiderstands<br />
in verschiedenen<br />
Böden (aus<br />
[L 30])<br />
) ist ein erheblicher<br />
Vorteil der Drucksonden gegenüber den Rammsonden.<br />
4.3.3 Bohrlochrammsondierung.<br />
Bohrlochrammsondierungen nach<br />
DIN 4094-2 [L 29] (früher als<br />
„Standard Penetration Test“ bezeichnet)<br />
sind <strong>Rammsondierungen</strong><br />
von der Bohrlochsohle aus. Das<br />
Sondiergerät eignet sich für Untersuchungstiefen<br />
bis zu 0,45 m (Abb.<br />
4-15). Gezählt wird die Anzahl der<br />
Schläge, die zum Einrammen der<br />
Sonde um jeweils 15 cm erforderlich<br />
sind. Die Summe der zum zweiten<br />
und dritten 15 cm-Stück gehörenden<br />
Schlaganzahlen wird mit<br />
N30 bezeichnet.<br />
Zu den Vorteilen der Bohrlochrammsondierung<br />
zählt, dass die Ergebnisse nicht durch Mantelreibung am Sondiergestänge<br />
verfälscht werden.<br />
4.3.4 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngrößen.<br />
Abb. 4-15 Bohrlochrammsondierung(Durchführung)<br />
Von Sondierergebnissen kann u. a. auf Bodenkennwerte wie z. B. Lagerungsdichte D, Reibungswinkel<br />
ϕ und Steifemodul Es geschlossen werden, wenn hierfür entsprechende Korre-
32 <strong>Bodenuntersuchungen</strong> <strong>im</strong> <strong>Feld</strong><br />
lationen bekannt sind (DIN 4094-1 [L 28], DIN 4094-2 [L 29] und [L 30]). <strong>Bei</strong> vergleichbaren<br />
Bodenverhältnissen geben die Korrelationen dem Anwender die Möglichkeit, die zu „seinen“<br />
Sondierergebnissen gehörenden Bodenkenngrößen zu best<strong>im</strong>men.<br />
Zur Lagerungsdichte D<br />
bzw. zur bezogenen<br />
Lagerungsdichte I D<br />
(Abschnitt 5.8) gibt<br />
Tabelle 4-4 für Drucksondierungsergebnisse<br />
Beziehungen zwischen<br />
Spitzenwiderstand q c<br />
und Lagerungsdichte<br />
an (gilt für Sondiertiefen<br />
> 1,5 bis 2,5 m).<br />
Abb. 4-16 zeigt Korre-<br />
Tabelle 4-4 Zusammenhang zwischen Drucksondenspitzenwiderstand<br />
qc und Lagerungsdichte D erdfeuchter, gleichförmiger<br />
Sande (nach WEIß [L 83], Kapitel 1.4)<br />
Spitzenwiderstand qs<br />
MN/m2 Lagerungsdichte D Bezeichnung<br />
qc < 2,5 D < 0,15 sehr locker<br />
2,5 ≤ qc ≤ 7,5 0,15 ≤ D < 0,30 Locker<br />
7,5 < qc ≤ 15,0 0,30 ≤ D < 0,50 Mitteldicht<br />
15,0 < qc ≤ 25,0 0,50 ≤ D ≤ 0,65 Dicht<br />
25,0 < qc 0,65 < D sehr dicht<br />
lationen, mit denen von den ermittelten Schlagzahlen N k verschiedener Rammsonden auf die<br />
Lagerungsdichte geschlossen werden kann.<br />
Gleichungen<br />
(Gültigkeitsbereiche 3 ≤ N k ≤ 50)<br />
DPL: D = 0,03 + 0,270 ⋅ lg N10L DPH: D = 0,02 + 0,455 ⋅ lg N10H BDP: D = 0,02 + 0,400 ⋅ lg N 30<br />
Abb. 4-16 Zusammenhang zwischen den Schlagzahlen verschiedener Rammsonden und der<br />
Lagerungsdichte D bei enggestuften Sanden (SE) mit Ungleichförmigkeitszahlen<br />
CU ≤ 3 über Grundwasser (nach [L 30])<br />
Anwendungsbeispiel<br />
Im Rahmen von Baugrundaufschlüssen wurden auch <strong>Rammsondierungen</strong> mit einer leichten<br />
Rammsonde (DPL) durchgeführt. Bohrprofile und Laboruntersuchungen zeigen, dass<br />
oberhalb des Grundwasserspiegels enggestufte Sande mit Ungleichförmigkeitszahlen von<br />
CU < 3 anstehen. Die in diesen Sanden gemessenen Schlagzahlen schwanken zwischen<br />
N10 = 15 und N10 = 35.<br />
Wie groß sind die Grenzwerte des Größenbereichs, in dem die Lagerungsdichten D der<br />
sondierten Sande liegen und wie wird dieser Bereich bezeichnet?
Lösung<br />
<strong>Bodenuntersuchungen</strong> <strong>im</strong> <strong>Feld</strong> 33<br />
Da die gewonnenen Rammsondierungsergebnisse durchweg zu enggestuften Sanden (SE)<br />
mit CU ≤ 3 gehören, die außerdem über dem Grundwasser liegen, kann auf die Ergebnisse<br />
von Referenzmessungen zurückgegriffen werden, die in [L 30] dokumentiert sind (Abb. 4-<br />
16).<br />
Danach ergeben sich mit der Gleichung (Abb. 4-16)<br />
D (DPL) = 0, 03 + 0,<br />
27 ⋅ lg N 10(DPL)<br />
die Grenzwerte<br />
min D<br />
max D<br />
(DPL)<br />
(DPL)<br />
=<br />
=<br />
0,<br />
03<br />
0,<br />
03<br />
+<br />
+<br />
0,<br />
27 ⋅ lg15<br />
= 0,<br />
35<br />
0,<br />
27 ⋅ lg 35 = 0,<br />
45<br />
des Bereichs, in dem die Lagerungsdichten der sondierten Sande liegen. Da damit für die<br />
Lagerungsdichten 0,30 < D ≤ 0,50 gilt, handelt es sich um mitteldicht gelagerte Sande<br />
(Tabelle 4-4).<br />
4.3.5 Flügelsondierung (<strong>Feld</strong>untersuchung).<br />
Im Gelände durchgeführte Flügelsondierungen erfassen Scherwiderstände des Bodens. Sie<br />
liefern Gesamtscherfestigkeiten be<strong>im</strong> schnellen Abscheren undränierter Böden <strong>im</strong> ungestörten<br />
und gestörten Zustand.<br />
Be<strong>im</strong> Versuch wird die Flügelsonde in ungestörten Boden eingedrückt und danach mit konstanter<br />
Geschwindigkeit bis zum Bruch des Bodens gedreht. Gemessen wird das hierzu erforderliche<br />
max<strong>im</strong>ale Drehmoment M. Zur Best<strong>im</strong>mung der Scherfestigkeit von gestörtem<br />
Boden wird die Flügelsonde fünfmal <strong>im</strong> Boden gedreht und danach die Messung wie <strong>im</strong> Falle<br />
des ungestörten Bodens durchgeführt.<br />
Weitere Angaben zu Flügelsondierungen sind z. B. in DIN 4094-4 [L <strong>31</strong>] zu finden.<br />
4.3.6 Aufgaben mit Lösungen.<br />
Aufgabe 4-7 (Lösung Seite 34)<br />
Zu benennen sind zwei direkte und ein indirektes Aufschlussverfahren. Zusätzlich ist, mit<br />
einer entsprechenden Begründung, anzugeben, welches Aufschlussverfahren die Durchführung<br />
eines weiteren Aufschlussverfahrens erfordert.<br />
Aufgabe 4-8 (Lösung Seite 35)<br />
<strong>Bei</strong> einer Hauptuntersuchung des für einen Hotelbau vorgesehenen Baugrunds, wurden<br />
<strong>Rammsondierungen</strong> durchgeführt, deren Ergebnisse in einem Sondierprotokoll dokumentiert<br />
sind. Unter Aufführung der Gründe ist anzugeben, welche zusätzlichen Informationen<br />
erforderlich sind um die Lagerungsdichte des Baugrunds ermitteln zu können!
128 Laborversuche<br />
aktiviert. Die Größen T und A sind die aufgebrachte Scherkraft und die Anfangsscherfläche<br />
(Querschnittsfläche des Scherrahmens) der Bodenprobe. Die Größe dieser Spannungen ist<br />
u. a. von der aufgebrachten Normalbelastung N und dem eingeprägten Scherweg x abhängig.<br />
Abb. 5-32 zeigt die Ergebnisse von drei Scherversuchen an konsolidierten Proben aus stark<br />
schluffigem, schwach tonigem Sand, die mit unterschiedlichen Normalbelastungen N bzw.<br />
den sich mit der Anfangsscherfläche A der Bodenproben daraus ergebenden konstanten effektiven<br />
Normalspannungen σ' 1 = 50 kN/m 2 , σ' 2 = 100 kN/m 2 und σ' 3 = 200 kN/m 2 beansprucht<br />
wurden. Darüber hinaus ist die Schergerade (Grenzbedingung nach COULOMB gemäß Gl. 5-<br />
80) dargestellt, die mit den drei (τ f , σ')-Punkten der Versuchsergebnisse als Ausgleichsgerade<br />
gewonnen wird.<br />
Abb. 5-32 Rahmenscherversuchsergebnisse mit stark schluffigem, schwach tonigem Sand<br />
a) zu den konstanten effektiven Normalspannungen σ' 1 , σ' 2 und σ' 3 gehörende<br />
und vom eingeprägten Scherweg x abhängige Schubspannungsverläufe mit<br />
den Scherfestigkeiten τ f1 , τ f2 und τ f3<br />
b) (τ f , σ')-Diagramm mit der Schergeraden (Grenzbedingung nach COULOMB)<br />
und den effektiven Scherparametern c' und ϕ'<br />
5.11.4 Triaxialversuch nach DIN 18 137-2.<br />
Der zur Best<strong>im</strong>mung der Scherfestigkeit von Böden dienende Triaxialversuch („indirekter<br />
Scherversuch“) gewinnt besondere Bedeutung u. a. durch die Möglichkeit zur S<strong>im</strong>ulation<br />
dreid<strong>im</strong>ensionaler Baugrundgegebenheiten <strong>im</strong> Labor.<br />
<strong>Bei</strong> dem Versuch werden kreiszylindrische Probekörper in Geräte eingebaut, wie sie in Abb.<br />
5-33 gezeigt sind. Danach werden die zylinderförmigen Druckzellen mit Flüssigkeit gefüllt<br />
und Drücke in der Flüssigkeit (Zelldrücke) aufgebaut. Die Abscherung der Bodenproben erfolgt<br />
bei unterschiedlichen Zelldrücken σ 3 und zusätzlichen axialen Belastungen, die mit den<br />
radialsymmetrischen Normalspannungen σ 3 die axialen Normalspannungen σ 1 ergeben.<br />
Die zu untersuchenden Bodenproben können be<strong>im</strong> Abscheren wassergesättigt, nicht wassergesättigt<br />
oder trocken sein.
Laborversuche 129<br />
Abb. 5-33 Prinzipskizze eines Triaxialgeräts und der auf die Bodenprobe wirkenden Spannungen<br />
Das Triaxialgerät bietet eine Reihe von Möglichkeiten, die Versuchsbedingungen den tatsächlichen<br />
Baugrundgegebenheiten anzupassen. Die mit dem Gerät durchführbaren Versuche<br />
werden <strong>im</strong> Folgenden beschrieben.<br />
Dränierter Versuch (D-Versuch): der Boden der Probe kann unbehindert Porenwasser abgeben<br />
bzw. aufnehmen.<br />
Konsolidierter, undränierter Versuch (CU-Versuch): die Aufnahme und Abgabe von Porenwasser<br />
der Bodenprobe wird verhindert und der auftretende Porenwasserdruck gemessen.<br />
Konsolidierter, dränierter Versuch mit konstant gehaltenem Volumen (CCV-Versuch): das<br />
Volumen der konsolidierten (entsprechend dem CU-Versuch) und dränierten Probekörper<br />
wird be<strong>im</strong> Abscheren konstant gehalten.<br />
Unkonsolidierter, undränierter Versuch (UU-Versuch) : bei geschlossenem Porenwassersystem<br />
wird der bindige Probenkörper zuerst durch einen Anfangszelldruck σ 3 belastet und<br />
anschließend durch Steigerung der axialen Normalspannung σ 1 abgeschert.<br />
5.11.5 Auswertung des Triaxialversuchs.<br />
Zur Best<strong>im</strong>mung von Scher- und Normalspannungen in einer um einen Winkel α gegen die<br />
Horizontale geneigten, gedachten Schnittfläche der Bodenprobe kann der MOHRsche Spannungskreis<br />
verwendet werden (Abb. 5-34).<br />
Zu der grafischen Ermittlung der senkrecht auf die Schnittfläche wirkenden Normalspannung<br />
(totale Spannung σ oder effektive Spannung σ') und der in der Schnittfläche wirkenden<br />
Schubspannung τ gehören <strong>im</strong> Fall totaler Spannungen die Gleichungen<br />
σ σ σ σ<br />
σ = 1+ 3+ 1−3⋅cos2α 2 2<br />
Gl. 5-85<br />
σ − σ<br />
τ = 1 3⋅sin<br />
2α<br />
2
130 Laborversuche<br />
wobei der Neigungswinkel α der Schnittflächen<br />
<strong>im</strong> Bereich 0° < α < 90° liegen muss.<br />
Die Gleichungen gelten in analoger Form<br />
auch für effektive Normalspannungen.<br />
Die Anwendung der MOHRschen Spannungskreisbetrachtung<br />
auf die Durchführung<br />
von Triaxialversuchen mit konstant<br />
gehaltenem Zelldruck σ 3 führt dazu, dass<br />
die Steigerung von σ 1 bis zum Bruch der<br />
Probe einen Spannungskreis liefert, der die<br />
MOHR-COULOMB’sche Grenzbedingung erfüllt.<br />
Das Wertepaar (σ, τ f) der in der<br />
Bruchfuge wirkenden Normal- und Schubspannungen<br />
muss dann sowohl zum Spannungskreis<br />
von MOHR als auch zur Geraden<br />
der Grenzbedingung von MOHR-COULOMB gehören. Diese Bedingung erfüllen die zu dem<br />
Berührungspunkt der Tangente an den Spannungskreis gehörende Normal- und Schubspannung.<br />
Der zu diesem Punkt gehörende Winkel α = ϑ (Abb. 5-34 und Abb. 5-35) ist der Neigungswinkel<br />
(Bruchwinkel) der Scherfläche gegen die Horizontale.<br />
Da die Grenzbedingung von MOHR-COULOMB sich als gerade Umhüllende der mit den Versuchen<br />
gewonnenen MOHRschen σ 1, σ 3- bzw. σ'1, σ'3-Spannungen (Spannungskreise) <strong>im</strong><br />
Grenzzustand ergibt und bei der<br />
Durchführung und Auswertung der<br />
Versuche <strong>im</strong>mer unvermeidliche Fehler<br />
auftreten, ist deren Wirkung auszugleichen.<br />
Dies erfolgt dadurch, dass<br />
mindestens ein Versuch mehr durchgeführt<br />
wird als es zur mathematischen<br />
Konstruktion der Schergeraden<br />
erforderlich ist (zwei Versuche bzw.<br />
Spannungskreise bei kohäsiven und<br />
ein Versuch bei kohäsionslosen Böden).<br />
Somit stellt die bei der Versuchsauswertung<br />
gewonnene Schergerade<br />
eine Ausgleichsgerade dar.<br />
Abb. 5-34 Ermittlung der Normalspannungen<br />
σ und der Schubspannungen τ in einer<br />
um α geneigten Probenfläche mit<br />
Hilfe des MOHRschen Spannungskreises<br />
Abb. 5-35 Scherdiagramm für Reibung und Kohäsion<br />
(ϑ = Bruchwinkel)<br />
Anwendungsbeispiel<br />
Die in der Abb. 5-36 gezeigten MOHRschen Halbkreise gehören zu den Ergebnissen<br />
von zwei unkonsolidierten, undränierten Versuchen (UU-Versuch) mit einem teilgesättigten<br />
bindigen Boden.
Laborversuche 1<strong>31</strong><br />
Abb. 5-36 Zu zwei UU-Versuchen gehörende MOHRsche Halbkreise<br />
Unter der Voraussetzung dass die Bruchbedingung von MOHR-COULOMB gilt, sind, unter<br />
Verwendung der Abb. 5-36, zu ermitteln<br />
a) die Größe cu der Kohäsion (in kN/m 2 )<br />
b) die Größe ϕ u des Reibungswinkels (in °)<br />
c) die Größen der Normalspannungen σ und Schubspannungen τ in den Versagensfugen<br />
der zwei Proben (in kN/m 2 )<br />
d) die Neigungswinkel ϑ der beiden Versagensflächen gegenüber der Horizontalen<br />
(in °).<br />
Lösung<br />
Mit der Bruchbedingung von MOHR-COULOMB (Abb. 5-35) ergibt sich die in Abb. 5-37<br />
gezeigte Spannungssituation.<br />
Abb. 5-37 MOHRsche Halbkreise mit der Schergeraden nach MOHR-COULOMB<br />
Durch Ablesung ergeben sich aus Abb. 5-37 die<br />
a) Größe der Kohäsion cu ≈ 14,1 kN/m 2<br />
b) Größe des Reibungswinkels ϕ u ≈ 8,5°<br />
c) Größen der Normal- und Schubspannungen in den Versagensfugen der zwei Proben<br />
σ 1 ≈ 36,3 kN/m 2 und τ 1 ≈ 19,8 kN/m 2<br />
σ 2 ≈ 68,7 kN/m 2 und τ 2 ≈ 24,7 kN/m 2<br />
d) Neigungswinkel der beiden Versagensflächen gegenüber der Horizontalen<br />
= ≈ 49,<br />
5°<br />
ϑ<br />
1 2 ϑ
132 Laborversuche<br />
5.11.6 Aufgaben mit Lösungen.<br />
Aufgabe 5-67 (Lösung Seite 134)<br />
Der in Abb. 5-38 gezeigte MOHRsche Halbkreis gehört zu den Ergebnissen von unkonsolidierten,<br />
undränierten Versuchen (UU-Versuchen) mit einem teilgesättigten bindigen Boden.<br />
Die Versagensfläche, die sich bei diesem Versuch einstellte, wies gegenüber der Horizontalen<br />
den Neigungswinkel ϑ = 55° auf.<br />
Unter der Voraussetzung, dass<br />
die Bruchbedingung von-<br />
MOHR-COULOMB gilt, sind zu<br />
ermitteln (hierzu Abb. 5-38<br />
verwenden)<br />
a) die Größe cu der Kohäsion<br />
(in kN/m 2 )<br />
b) die Größen der Normalspannungen<br />
σ und<br />
Schubspannungen τ in<br />
der Versagensfuge der<br />
Probe (in kN/m 2 ).<br />
Abb. 5-38 MOHRscher Halbkreis eines UU-Versuchs<br />
Aufgabe 5-68 (Lösung Seite 134)<br />
Die MOHRschen Halbkreise aus Abb. 5-39 gehören zu den Ergebnissen zweier unkonsolidierter,<br />
undränierter Versuche (UU-Versuch) mit einem teilgesättigten bindigen Boden.<br />
Abb. 5-39 Zu zwei UU-Versuchen gehörende MOHRsche Halbkreise<br />
Unter der Voraussetzung, dass die Bruchbedingung von MOHR-COULOMB gilt, sind anhand<br />
der Abbildung die Größen<br />
a) Reibungswinkel ϕ u (in °)<br />
b) Schubspannung τ in den Versagensfuge (in kN/m 2 )<br />
c) Bruchwinkel ϑ (Neigung der Versagensfläche gegenüber der Horizontalen; in °)<br />
zu ermitteln, die für eine Probe zu erwarten sind, in deren Versagensfuge die Normalspannung<br />
σ = 50 kN/m 2 auftritt.
Aufgabe 5-69 (Lösung Seite 135 )<br />
Es ist anzugeben, bei welchem Triaxialversuch, unter<br />
welchen Umständen und aus welchen Gründen<br />
sich das in der Abb. 5-40 gezeigte Versuchsergebnis<br />
einstellen kann!<br />
Aufgabe 5-70 (Lösung Seite 135)<br />
Laborversuche 133<br />
Abb. 5-40 Ergebnis eines Triaxialversuchs<br />
mit 3 Teilversuchen<br />
<strong>Bei</strong> einem UU-Versuch mit dem Triaxialgerät ergab die Auswertung der Versuchsergebnisse<br />
die in Abb. 5-41 gezeigte Schergerade.<br />
Abb. 5-41 Schergerade eines UU-Versuchs <strong>im</strong> σ-τ-Diagramm<br />
Anhand der Abbildung sind auf grafischem Wege die Größen σ 1, σ 3, τ und ϑ zu ermitteln,<br />
die zu der in der Versagensfuge wirkenden Normalspannung σ = 50 kN/m 2 gehören!<br />
Aufgabe 5-71 (Lösung Seite 136)<br />
Der in Abb. 5-42 gezeigte MOHRsche Halbkreis gehört zu den Ergebnissen eines unkonsolidierten,<br />
undränierten Versuchs (UU-Versuch) mit teilgesättigtem bindigem Boden.<br />
Abb. 5-42 MOHRscher Halbkreis eines UU-Versuchs<br />
Unter der Voraussetzung, dass<br />
▶ die Bruchbedingung von MOHR-COULOMB gilt und<br />
▶ be<strong>im</strong> Abscheren in einer Versagensfuge die Normalspannung σ = 70 kN/m2 und die<br />
Schubspannung τ = 35,7 kN/m2 auftreten
134 Laborversuche<br />
sind anhand der Abbildung<br />
a) der Reibungswinkel ϕ u (in °)<br />
b) die Kohäsion cu (in kN/m 2 )<br />
c) der Bruchwinkel ϑ (in °)<br />
grafisch zu ermitteln.<br />
Aufgabe 5-72 (Lösung Seite 136)<br />
Für einen <strong>im</strong> Bruchzustand befindlichen Probekörper <strong>im</strong> Triaxial-Versuch sind auf grafischem<br />
Wege die Größe der Normalspannungen σ und der Schubspannungen τ zu ermitteln,<br />
die in einer gegenüber der Horizontalen um den Winkel α = 30° geneigten gedachten<br />
Schnittfläche des Probekörpers wirken, wenn<br />
▶ die zugehörigen Spannungen in der Bruchfläche σ = 25 kN/m2 und τ f = 21,9 kN/m2 betragen und<br />
▶ für die Hauptspannungen σ 1 − σ 3 = 56 kN/m2 gilt.<br />
Lösung zu Aufgabe 5-67 (Aufgabenstellung Seite 132)<br />
Mit der Bruchbedingung von MOHR-COULOMB (Abb. 5-35) und der bekannten Neigung<br />
ϑ = 55° der Versagensfläche gegenüber der Horizontalen ergibt sich die in Abb. 5-43<br />
gezeigte Spannungssituation.<br />
Abb. 5-43 MOHRscher Halbkreis mit der Schergeraden nach MOHR-COULOMB<br />
Durch Ablesung ergeben sich aus Abb. 5-43 die<br />
a) Größe der Kohäsion cu ≈ 10 kN/m 2<br />
b) Größen der Normal- und Schubspannungen in der Versagensfuge der Probe<br />
σ ≈ 36,5 kN/m 2 und τ ≈ 23,5 kN/m 2<br />
Lösung zu Aufgabe 5-68 (Aufgabenstellung Seite 132)<br />
Mit der Bruchbedingung von MOHR-COULOMB (Abb. 5-35) und der in der Versagensfuge<br />
auftretenden Normalspannung σ = 50 kN/m 2 ergibt sich die in Abb. 5-44 gezeigte Spannungssituation.
Laborversuche 135<br />
Abb. 5-44 MOHRsche Halbkreise mit der Schergeraden nach MOHR-COULOMB<br />
Aus Abb. 5-44 lassen sich die Werte für<br />
a) den Reibungswinkel ϕ u ≈ 8,5°<br />
b) die Schubspannung in der Versagensfuge τ σ = 50 kN/m 2 ≈ 21,8 kN/m 2<br />
c) den Bruchwinkel (Neigung der Versagensfläche gegenüber der Horizontalen)<br />
ϑ ≈ 49,5° (da für alle MOHRschen Kreise gleich, Ermittlung am größeren Kreis)<br />
ablesen.<br />
Lösung zu Aufgabe 5-69 (Aufgabenstellung Seite 133)<br />
Das Versuchsergebnis aus Abb. 5-40 kann be<strong>im</strong> UU-Versuch gemäß DIN 18 137-2 [L 48]<br />
eintreten, wenn das Bodenmaterial des Probekörpers bindig ist und bei Versuchsbeginn<br />
vollständig wassergesättigt war. <strong>Bei</strong> Laststeigerung stellt sich in solchen Fällen keine über<br />
die Kohäsion des undränierten Bodens cu hinausgehende Erhöhung der Scherfestigkeit ein,<br />
da die Laststeigerung von dem Porenwasser, in Form von Porenwasserüberdruck, nicht<br />
aber von dem Korngerüst (durch Erhöhung der effektiven Normalspannung) aufgenommen<br />
wird. Die zur Bruchbedingung von MOHR-COULOMB gehörende Schergerade (Tangente<br />
an den MOHRschen Spannungskreis) verläuft dann horizontal (Reibungswinkel ϕ u = 0).<br />
Lösung zu Aufgabe 5-70 (Aufgabenstellung Seite 133)<br />
Mit der Bruchbedingung von MOHR-COULOMB (Abb. 5-35) und der in der Versagensfuge<br />
auftretenden Normalspannung σ = 50 kN/m 2 ergibt sich die in Abb. 5-45 gezeigte Spannungssituation.<br />
Abb. 5-45 Schergerade nach MOHR-COULOMB mit MOHRschem Halbkreis<br />
Durch Ablesung aus der Abbildung ergeben sich die gesuchten Größen für die Normalspannungen
136 Laborversuche<br />
2<br />
1 75,<br />
7 kN/ m<br />
≈ σ und m kN/ 6 , 30 3 ≈ σ<br />
für die Schubspannung in der Versagensfuge<br />
2<br />
τ ≈ 22,<br />
3 kN/ m<br />
sowie für den Bruchwinkel (Neigung der Versagensfläche gegenüber der Horizontalen)<br />
ϑ ≈ 49°<br />
Lösung zu Aufgabe 5-71 (Aufgabenstellung Seite 133)<br />
2<br />
Unter der Voraussetzung, dass die Bruchbedingung von MOHR-COULOMB (Abb. 5-35) gilt<br />
und be<strong>im</strong> Abscheren in einer Versagensfuge die Normalspannung σ = 70 kN/m 2 und die<br />
Schubspannung τ = 35,7 kN/m 2 auftreten, ergibt sich die in Abb. 5-46 gezeigte Spannungssituation.<br />
Abb. 5-46 MOHRscher Halbkreis mit der Schergeraden nach MOHR-COULOMB<br />
Aus der Abbildung lassen sich als Größen ablesen<br />
a) Reibungswinkel ϕ u ≈ 17,5°<br />
b) Kohäsion cu ≈ 13,6 kN/m 2<br />
c) Bruchwinkel (Neigung der Versagensfläche gegenüber der Horizontalen) ϑ ≈ 54°<br />
Lösung zu Aufgabe 5-72 (Aufgabenstellung Seite 134)<br />
Der zu dem Wertepaar (σ, τ f) gehörende Punkt <strong>im</strong> σ -τ -Diagramm liegt auch auf dem zum<br />
Bruchzustand gehörenden MOHRschen Spannungskreis, dessen Durchmesser mit<br />
σ 1 − σ 3 = 56 kN/m 2 vorgegeben ist. Von dem (σ, τ f)-Punkt aus kann mit dem Spannungskreisradius<br />
28 kN/m 2 die Lage des auf der σ-Achse liegenden Mittelpunkts M des<br />
Spannungskreises ermittelt und damit der Spannungskreis selbst konstruiert werden.