In dieser Diplomarbeit geht es um die Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau.
Die Problemstellung sieht wie folgt aus:
Verkehrsflächen werden durch die Reifen von Fahrzeugen mit zum Teil hohen Lasten beansprucht. Um die Verkehrsflächen dauerhaft zu befestigen, werden Tragschichten aus Schotter zu Beispiel der Körnung 0/45 mm verwendet. Die Schottertragschicht muss eine gute Lastverteilung sicherstellen, so dass beim Übergang zum gewachsenen Baugrund dessen in der Regel deutlich geringere Scherfestigkeit durch die verbleibenden Beanspruchungen nicht überschritten wird.
Bei Tragschichten auf weichen Böden kann eine ausreichende Tragfähigkeit und die Minimierung von Setzungen häufig nur durch Zusatzmaßnahmen, z.B. die Bewehrung mit Geogittern, sichergestellt werden. Die Geogitter weisen im Gebrauchslastbereich ein ausgeprägt elastisches Materialverhalten auf, d.h. die bei Lastüberfahrten auftretenden Setzungen „federn“ quasi zunächst in die Ausgangslage zurück. Demgegenüber verhalten sich Kalkstabilisierte Böden quasi starr. In den üblicherweise für Kontrolluntersuchungen eingesetzten Plattendruckversuchen führt das starre Verhalten zu höheren EV2-Modulen und damit zu einer günstigeren Bewertung.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird zunächst anhand numerischer
Simulationen des Plattendruckversuches bzw. wiederholter Lastwechsel, wie sie bei Überfahrten von Verkehrsflächen auftreten, untersucht ob das elastische Verhalten der Geogitter zu einer Reduzierung der plastischen Setzung gegenüber unbewehrten Tragschichten führt.
Darüber hinaus wird ein Feldversuch geplant, mit dem die Ergebnisse der numerischen Simulation in der Praxis überprüft werden können.
Das endgültige Ziel ist es, aus den Untersuchungsergebnissen ein optimiertes Dimensionierungsverfahren für die Bewehrung von Tragschichten mit Geogittern abzuleiten.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufgabenstellung
3 Grundlagen für Tragschichten im Erdbau
3.1 Straßenaufbau
3.2 Anforderungen an die Tragschichten
3.2.1 Tragschichten auf weichen Böden
3.3 Zusatzmaßnahmen
3.3.1 Erhöhung der Tragschichtdicke
3.3.2 Stabilisierung des Baugrundes durch Kalken
3.3.3 Bewehren der Tragschicht mit Geogittern
4 Konsolidation
4.1 Allgemeines
4.1.1 Unterkonsolidiert
4.1.2 Normalkonsolidiert
4.1.3 Überkonsolidiert
4.2 Abgrenzung und Voraussetzung
4.3 Grundlagen der Theorie
5 Numerische Simulation
5.1 Grundlagen des Rechenmodells
5.1.1 Das Input - Programm
5.1.2 Das Calculations - Programm
5.1.3 Das Output - Programm
5.1.4 Das Curves - Programm
5.2 Aufzählung der Stoffgesetze
5.3 Auswahl der relevanten Stoffgesetze
6 Auswertung und Vergleich der numerisch simulierten Modelle
6.1 Ergebnisse eines früheren Feldversuches
6.2 Numerische Simulation des Plattendruckversuches
6.3 Ergebnisanalyse zur numerischen Berechnung einer LKW-Überfahrt
6.3.1 Einfluss des FE-Netzes auf das Rechenergebnis
6.3.2 Konsolidationsberechnungen mit einem Lastwechselspiel und einer Variation der Bodenkennwerte
6.3.3 Konsolidationsberechnungen mit einem Lastwechselspiel und einer Variation der Belastungsgröße
6.3.4 Weitere Lastabhängige Konsolidationsberechnungen unter Berücksichtigung eines anderen PET Produktes
6.3.5 Spannungen in der Fuge zwischen Schotter und Lehm
6.3.6 Betrachtung der Dehnung und axialen Kraft im Geogitter
7 Feldversuch
7.1 Planung des Feldversuches
7.2 Vorbereitung des Feldversuches
8 Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das elastische und plastische Verformungsverhalten von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau, um daraus ein optimiertes Dimensionierungsverfahren abzuleiten und die Praxistauglichkeit mittels Feldversuchen zu validieren.
- Untersuchung von Setzungsverhalten mittels numerischer Simulationen (PLAXIS).
- Bewertung der stabilisierenden Wirkung von Geogittereinlagen unter zyklischer Belastung.
- Vergleich von unbewehrten und bewehrten Tragschichten hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit.
- Analyse des Einflusses von Bodenkennwerten und Belastungsgrößen auf die Konsolidation.
- Planung und Vorbereitung eines Feldversuchs zur praktischen Überprüfung der Simulationsergebnisse.
Auszug aus dem Buch
1 Einleitung
In dieser Diplomarbeit geht es um die Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau.
Die Problemstellung sieht wie folgt aus: Verkehrsflächen werden durch die Reifen von Fahrzeugen mit zum Teil hohen Lasten beansprucht. Um die Verkehrsflächen dauerhaft zu befestigen, werden Tragschichten aus Schotter zu Beispiel der Körnung 0/45 mm verwendet. Die Schottertragschicht muss eine gute Lastverteilung sicherstellen, so dass beim Übergang zum gewachsenen Baugrund dessen in der Regel deutlich geringere Scherfestigkeit durch die verbleibenden Beanspruchungen nicht überschritten wird.
Bei Tragschichten auf weichen Böden können eine ausreichende Tragfähigkeit und die Minimierung von Setzungen häufig nur durch Zusatzmaßnahmen, z.B. die Bewehrung mit Geogittern, sichergestellt werden. Die Geogitter weisen im Gebrauchslastbereich ein ausgeprägt elastisches Materialverhalten auf, d.h. die bei Lastüberfahrten auftretenden Setzungen „federn“ quasi zunächst in die Ausgangslage zurück. Demgegenüber verhalten sich Kalkstabilisierte Böden quasi starr. In den üblicherweise für Kontrolluntersuchungen eingesetzten Plattendruckversuchen führt das starre Verhalten zu höheren Ev2-Modulen und damit zu einer günstigeren Bewertung.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird zunächst anhand numerischer Simulationen des Plattendruckversuches bzw. wiederholter Lastwechsel, wie sie bei Überfahrten von Verkehrsflächen auftreten untersucht ob das elastische Verhalten der Geogitter zu einer Reduzierung der plastischen Setzung gegenüber unbewehrten Tragschichten führt.
Darüber hinaus wird ein Feldversuch geplant, mit dem die Ergebnisse der numerischen Simulation in der Praxis überprüft werden können.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Einführung in die Thematik der Tragschichtbewehrung und Definition der Zielsetzung der Arbeit.
2 Aufgabenstellung: Detaillierte Auflistung der zu bearbeitenden Aufgaben, inklusive Simulation und Planung eines Feldversuchs.
3 Grundlagen für Tragschichten im Erdbau: Erläuterung des Straßenaufbaus sowie der technischen Anforderungen an Tragschichten und gängige Zusatzmaßnahmen.
4 Konsolidation: Theoretische Grundlagen zur zeitabhängigen Setzung von Bodenschichten unter Last.
5 Numerische Simulation: Beschreibung der verwendeten Software PLAXIS und der angewandten Stoffgesetze für die Modellierung.
6 Auswertung und Vergleich der numerisch simulierten Modelle: Analyse der Simulationsergebnisse und deren Vergleich mit Feldversuchsdaten sowie Untersuchung verschiedener Lastszenarien.
7 Feldversuch: Konzept zur Planung und Durchführung eines Feldversuchs zur Validierung der numerischen Ergebnisse.
8 Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse und Empfehlungen für zukünftige Bauvorhaben und Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Geogitter, Tragschicht, Erdbau, Konsolidation, Setzung, Numerische Simulation, PLAXIS, Lastverteilung, Bodenverfestigung, Feldversuch, Tragfähigkeit, Verformungsverhalten, Lastwechsel, Straßenbau, Bodenmechanik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit dem Trag- und Verformungsverhalten von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau unter verschiedenen Belastungsszenarien.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zu den zentralen Themen gehören die Grundlagen der Tragschichtbewehrung, die bodenmechanische Theorie der Konsolidation sowie die numerische Simulation des Setzungsverhaltens.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist die Ableitung eines optimierten Dimensionierungsverfahrens für die Bewehrung von Tragschichten mittels Geogittern auf Basis numerischer Untersuchungen und praktischer Validierung.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus numerischer Simulation mit der Finite-Elemente-Software PLAXIS und der Planung eines praktischen Feldversuchs zur Verifikation der Daten angewandt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert das Verhalten unbewehrter und bewehrter Schichten unter zyklischen Lasten, variiert Bodenparameter und untersucht die Auswirkungen auf Spannungsspitzen in der Fuge zwischen Schotter und Untergrund.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Geogitter, Konsolidation, Setzung, numerische Simulation (PLAXIS) und Tragfähigkeit von Erdkonstruktionen.
Welchen Einfluss hat der Dilatanzwinkel auf die Ergebnisse?
Die Arbeit zeigt, dass der Dilatanzwinkel einen signifikanten Einfluss auf die Setzungsberechnung in den Simulationen hat, weshalb dieser Parameter sensibel in den Modellen variiert wurde.
Welche stabilisierende Wirkung haben Geogitter laut der Simulation?
Geogitter können die Setzungen im Vergleich zu unbewehrten Schichten deutlich reduzieren und tragen zur Minderung von Spannungsspitzen bei, insbesondere bei höheren Belastungsstufen.
- Quote paper
- Dipl.-Ingenieur Waldemar Pauls (Author), 2008, Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/140746
