Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Gesamtüberblick über das Verfahren der Baugrundverbesserung mit Schottersäulen zu geben und die dabei erzielten Verbesserungswerte in Hinsicht auf die Tragfähigkeit und Setzung zu ermitteln. Dazu werden im ersten Schritt die Installationsverfahren, Anwendungsgrenzen, Geräte, Personal und Materialien genannt und auf die Besonderheiten des Einbauverfahrens eingegangen. Danach werden die Verformungen der Gruppentragwirkung und die Effekte des Herstellungsprozesses genauer betrachtet.
Hauptbestandteil der Arbeit sind die Berechnungsmethoden für die Tragfähigkeit und Setzungsverminderung eines mit Schottersäulen verbesserten Baugrunds. Durch die komplexen Beziehungen der Säulen mit ihrer Umgebung sind über die Jahre eine große Anzahl von Bemessungsmethoden veröffentlicht worden. In der Arbeit wird das Tragverhalten der Säulen genauer analysiert und danach die wichtigsten Berechnungsmethoden und ihre Annahmen beschrieben. Anschließend erfolgt ein Vergleich dieser Methoden und eine Auswertung, bis zu welchem Grad eine Tragfähigkeitserhöhung und Setzungsverminderung mit Schottersäulen zu realisieren ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Einführung in die Fragestellung
1.2 Ziel der Arbeit
2 Stand der Technik zur Baugrundverbesserung mit Schottersäulen
2.1 Geräte, Personalbedarf und Einbauverfahren
2.2 Überwachung und Qualitätssicherung
2.3 Anwendungsbereiche
2.4 Tragverhalten von Schottersäulen
2.5 Effekte des Herstellungsprozesses
2.6 Konzept der Einheitszelle
2.7 Berechnungsverfahren für Schottersäulen
2.7.1 Berechnung der Tragfähigkeit für Einzelsäulen
2.7.2 Berechnung der Tragfähigkeit für Säulengruppen
2.7.3 Berechnung der Setzung
2.7.4 Vergleich der Bemessungsmethoden
3 Ergebnisse
4 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel der Arbeit ist es, einen umfassenden Überblick über die Methode der Baugrundverbesserung durch Schottersäulen zu geben, wobei der Fokus insbesondere auf der Ermittlung der erzielten Tragfähigkeitssteigerung und Setzungsverminderung liegt. Die Forschungsarbeit analysiert hierbei kritisch die gängigen Berechnungsverfahren und deren zugrunde liegende Annahmen im Kontext des komplexen Tragverhaltens von Einzel- und Gruppensäulen.
- Techniken der Schottersäulenherstellung (insb. Rüttelstopfverfahren)
- Mechanismen des Tragverhaltens von Einzelsäulen und Säulengruppen
- Einfluss des Herstellungsprozesses auf die umliegenden Bodeneigenschaften
- Vergleichende Analyse der Berechnungsmodelle (Priebe, Goughnour/Bayuk, etc.)
- Grenzen und Anwendungsbereiche der Baugrundverbesserung
Auszug aus dem Buch
2.5 Effekte des Herstellungsprozesses
Bei der Schottersäulenherstellung mit dem Schleusenrüttler wird der Boden seitlich und vertikal verdrängt; dies führt dazu, dass in der Nähe der Säule eine Oberflächenerhebung stattfindet. In welchem Ausmaß diese Erhebung stattfindet, ist besonders von der Verdichtbarkeit des anstehenden Bodens abhängig (vgl. Kirsch, F., 2006). Abbildung 2.17 zeigt eine Oberflächenerhebung in der unmittelbaren Nähe des Rüttlers.
Egan et al. (2009) fassen verschiedene Beobachtungen von Erhebungen zusammen. Bei ihren Ergebnissen ist zu erkennen, dass einzelne Säulen und kleine Säulengruppen eine geringere Erhebung aufweisen als unendlich ausgedehnte Säulenraster. Zudem haben die Säulenanordnung, Säulenlängen und Durchmesser einen Einfluss. Zu einer Veranschaulichung definieren sie:
P = ∑ Säulenumfänge der einzelnen Säulen / äußere Abemessungen der Säulengruppe . (2)
H = Volumen der Oberflächenerhebung / ∑ Säulenvolumen . (3)
Die Bodenbewegungen führen zu Veränderungen der Bodeneigenschaften. Der Boden wird verdichtet und Scherfestigkeit und Steifigkeit nehmen zu. Bei sehr weichem Ton bauen sich diese Veränderungen wegen dem Kriechverhalten schnell wieder ab und haben keinen Einfluss. Anders sieht es bei Böden aus die keine Kriechanfälligkeit besitzen, dort sind langfristige Spannungsveränderungen anzunehmen. Wird diese Oberflächenerhebung zum Beispiel durch eine steife Fundamentplatte verhindert, kommt es in der unmittelbaren Umgebung im Boden zu erheblichen Spannungsänderungen die berücksichtigt werden müssen (vgl. Kirsch, F., 2006).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Definition des Problems der Baugrundverbesserung bei weichen Böden und Zielsetzung der Arbeit zur Untersuchung von Schottersäulen.
2 Stand der Technik zur Baugrundverbesserung mit Schottersäulen: Detaillierte technische Beschreibung der Einbauverfahren, Qualitätssicherung, Anwendungsgebiete und umfangreiche Herleitung der komplexen Berechnungsverfahren für Tragfähigkeit und Setzung.
3 Ergebnisse: Auswertung der analysierten Methoden hinsichtlich ihrer Effektivität zur Tragfähigkeitssteigerung und Setzungsreduktion unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Randbedingungen.
4 Zusammenfassung und Ausblick: Fazit zur Eignung des Verfahrens als Alternative zu Tiefgründungen und Ausblick auf zukünftige Entwicklungen im Bereich seismischer Gebiete.
Schlüsselwörter
Baugrundverbesserung, Schottersäulen, Rüttelstopfverdichtung, Tragfähigkeit, Setzungsverminderung, Einheitszelle, Schleusenrüttler, Gruppentragverhalten, Bodenmechanik, Grundbau, Berechnungsverfahren, Lastkonzentration, Scherfestigkeit, Konsolidierung, Priebe-Methode.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Methode der Baugrundverbesserung mittels Schottersäulen, um weiche, bindige Böden bebaubar zu machen und deren Tragfähigkeit zu erhöhen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Themen umfassen die Einbauverfahren (insbesondere das Rüttelstopfverfahren), die mathematischen Berechnungsmodelle für das komplexe Tragverhalten und die Qualitätsüberwachung während der Bauausführung.
Welches primäre Ziel verfolgt der Autor?
Ziel ist es, einen Gesamtüberblick über das Verfahren zu geben, die verschiedenen Berechnungsansätze vergleichend gegenüberzustellen und deren Realisierbarkeit in der Praxis zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die Arbeit basiert primär auf einer Literaturanalyse und dem Vergleich vorhandener empirischer, analytischer und numerischer Berechnungsverfahren aus der Geotechnik.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden neben den technischen Installationsprozessen detailliert die verschiedenen Versagensmechanismen, das Verhalten von Säulengruppen und insbesondere die umfangreichen Bemessungsmethoden zur Setzungsvorhersage diskutiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Baugrundverbesserung, Schottersäulen, Priebe-Methode, Tragfähigkeit und Setzungsreduktion geprägt.
Was ist das Konzept der „Einheitszelle“ in diesem Kontext?
Das Konzept vereinfacht das komplexe System aus Schottersäule und umgebendem Boden für die Setzungsberechnung, indem ein unendlich ausgedehntes Säulenraster durch eine repräsentative, einzelne Säuleneinheit modelliert wird.
Warum ist die „seitliche Stützung“ durch den Boden so kritisch?
Da Schottersäulen keine Bindemittel enthalten, sind sie auf den aktiven Erdwiderstand des umgebenden Bodens angewiesen, um dem seitlichen Ausbauchen unter vertikaler Last entgegenzuwirken.
Welchen Einfluss hat die „Nachverdichtung“ auf die Säulenqualität?
Aufgrund der mangelnden seitlichen Stützung an der Erdoberfläche sind die oberen Bereiche der Säulen weniger verdichtet, weshalb eine Nachverdichtung oder eine Ausgleichsschicht zur Lastverteilung zwingend erforderlich ist.
Wie unterscheidet sich das Verhalten von Einzelsäulen von Säulengruppen?
Während Einzelsäulen direkt durch Ausbauchen oder Scherbruch versagen können, verformen sich Säulen innerhalb einer Gruppe interaktiv, wodurch Überlastungen auf benachbarte Säulen übertragen werden und ein "Gruppentragverhalten" entsteht.
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- Thomas Keilhauer (Author), 2015, Baugrundverbesserung mit Schottersäulen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/455444
