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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.

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