Verbesserung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit organischer Böden mittels Sandsäulen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Verbundforschungsvorhaben hat einen grundlegenden Einblick in die Möglichkeiten der Baugrundverbesserung mit nichtummantelten Sandsäulen erzielt. Hierzu wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt. Die vorgestellten Modellversuche dienten dem Aufstellen einer Modellfamilie mit der Möglichkeit der Extrapolation auf in situ Verhältnisse. Diese Ergebnisse wurden verwendet, um den klassischen Bemessungsansatz nach PRIEBE für Baugrundverbesserungen zu erweitern. Die Erweiterung berücksichtigt hierbei sowohl das gewählte Säulenherstellungsverfahren als auch den organischen Anteil des zu verbessernden Baugrundes. Die Validierung dieser Erweiterung erfolgte mit der Anwendung auf einen mittelmaßstäblichen Modellversuch als auch auf ein ausgeführtes in situ Bauprojekt. In beiden Fällen konnte nachgewiesen werden, dass die Erweiterung des Bemessungsansatzes einerseits plausibel ist und andererseits die Prognose der erreichbaren Baugrundverbesserung deutlich präzisiert. Die durchgeführten Modellversuche können jedoch nicht alle zu variierenden Parameter berücksichtigen. Vor allem ist die Variation des zu verbessernden Baugrundes in seinem organischen Anteil äußerst aufwändig. An dieser Stelle sollen die numerischen Berechnungen erweiternd wirken. Die FE Berechnungen schließen daher einerseits die Lücke zwischen den klein- und mittelmaßstäblichen Modellversuchen und bieten andererseits die Möglichkeit für umfangreiche Parameterstudien zur detaillierten Untersuchung des Last-Verformungsverhaltens des Boden-Sandsäulen Verbundsystems. Die FE Modelle berücksichtigen durch die Verwendung des Anisotropen Visko-Hypoplastischen (AVH) Stoffmodells nach Niemunis et al. (2009) das komplexe nichtlineare Materialverhalten des organischen Bodens. Die Parameter für dieses Stoffmodell wurden anhand von Elementversuchen für den in den Modellversuchen verwendeten Boden mit 40% organischem Anteil kalibriert. Für das granulare Material als Säule wurde ein einfaches Materialmodell mit Bruchbedingung nach Mohr-Coulomb eingesetzt. Das numerische Modell für das Bodenersatzverfahren wurde erfolgreich mit den o.g. kleinmaßstäblichen Modellversuchen validiert. Die Simulationen zeigen zufriedenstellende Ergebnisse im Vergleich zu den Modellversuchen. Bei den mittelmaßstäblichen Modellversuchen bestehen jedoch Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen der FEM Berechnungen und den Modellversuchen, die vermutlich auf das verwendete Stoffmodell für den organischen Boden zurückzuführen sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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1g Modellversuche zu granularen Säulen in organischen Böden. In I. Herle (Hrsg.): Ohde-Kolloquium 2018 – Aktuelle Themen der Geotechnik, 19. Juni 2018, Dresden, Mitteilungen Institut für Geotechnik, Technische Universität Dresden, Heft 24, S. 143 – 158, 2018
Ney, Marcel und Rackwitz, Frank
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Nichtummantelte Sandsäulen in weichen Böden mit hohem organischen Anteil. Berlin, Technische Universität Berlin, Dissertation, 2018
Ney, Marcel
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Consolidation of soft soil layer: numerical investigation and perspective for the utilization of hard coal ash discharged from thermal power plants for ground improvement action. In: Phung Duc Long (eds.): Geotechnics for Sustainable Infrastructure Development. Proceedings of the 4th International Conference Geotech Hanoi, 2019, pp. 423-429
Le, Viet Hung; Le, Cao Minh und Rackwitz, Frank
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Baugrundverbesserung mit Sandsäulen in weichen organischen Böden. Bautechnik 97, Heft 9, 2020, S. 615-625
Ney, Marcel und Rackwitz, Frank
