Zeitabhängiges Last-Verformungsverhalten von Gründungen unter Wechselbeanspruchung im überkonsolidierten Ton
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zusammenhang mit der Modernisierung und Revitalisierung von Bestandsbauwerken sind zunehmend komplexe Aufgabenstellungen wie z. B. die Wiedernutzung von vorhandenen Gründungskörpern zu bearbeiten. Eine zutreffende Prognose des Last-Setzungsverhaltens von Bestandsgründungen ist dabei insbesondere dann von Bedeutung, wenn bestehende und neue Gründungselemente kombiniert werden sollen. Zur Berücksichtigung des zeitabhängigen Verformungsverhalten von Gründungen sind an die Modellierung des Baugrunds hohe Anforderungen zu stellen, da bei bindigen Böden sowohl Konsolidationsvorgänge als auch das zeitabhängige Materialverhalten (Kriechen) realistisch erfasst werden müssen. Neben dem zeitabhängigen Verformungsverhalten des Bodens sowie veränderlichen Bauwerkslasten aus Abbruch- und Wiederaufbauphasen beeinflussen auch Baumaßnahmen im Umfeld das Langzeit-Verformungsverhalten von Gründungen. Insbesondere benachbarte Grundwasserhaltungen und die damit einhergehenden Veränderungen des Grundwasserspiegels sind dafür verantwortlich, dass Gründungen im innerstädtischen Bereich einer Wechselbeanspruchung ausgesetzt sind, die aus der Veränderung des Auftriebs und der effektiven Spannungen im Baugrund resultiert. Im Fokus des Forschungsvorhabens stand das Langzeit-Verformungsverhalten von Flächengründungen und Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (KPP) im überkonsolidierten Ton, wobei u.a. auf über mehrere Jahrzehnte reichende Messungen an den Gründungen des Messeturms und des Gebäudekomplexes SGZ-Bank/Park Tower in Frankfurt am Main zurückgegriffen wurde. An der University of Pretoria wurden Zentrifugenmodellversuche an Flächengründungen und KPP in überkonsolidiertem Kaolin durchgeführt, bei denen zum einen der Einfluss wiederholter Grundwasserhaltungen und zum anderen von Ent- und Wiederbelastungen der Fundamentplatte untersucht wurde. Die Auswertung der In-situ Messungen und die experimentellen Untersuchungen wurden durch 3D gekoppelte Strömungs- und Verformungsberechnungen mit der Finite Elemente Methode (3D FEA) ergänzt, wobei das zeitabhängige Materialverhalten des Bodens mit dem visko-hypoplastischen AVISA Modell abgebildet wurde. Zur Bestimmung der Materialkennwerte für das AVISA Modell wurde ein umfangreiches Laborversuchsprogramm bestehend u.a. aus Oedometerversuchen sowie undrainierten monotonen und zyklischen Triaxialversuchen an Tonproben aus der Frankfurt Formation durchgeführt. Auf dieser Grundlage wurde ein durch die Nachrechnung der o.g. In-situ Messungen verifizierter und kalibrierter Parametersatz bestimmt, der die Systemsteifigkeit der heterogenen Frankfurt Formation unter Berücksichtigung der in den überkonsolidierten Ton eingelagerten Kalksteinbänke und Sandlinsen realitätsnah abbildet. Mit diesem Parametersatz wurden in einer numerischen Parameterstudie mittels gekoppelter 3D FEA dann abschließend u.a. untersucht, wie sich Wechselbeanspruchungen, Konsolidation und Kriechen bei KPP auf die Lastverteilung zwischen Pfählen und Fundamentplatte und auf die in der Ingenieurpraxis gebräuchlichen Bemessungskennwerte, nämlich Bettungsmoduln und Pfahlfedersteifigkeiten, auswirken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Numerische Untersuchungen zum Zeit-Setzungsverhalten von Gründungen im überkonsolidierten Ton. Beiträge der Spezialsitzung "Forum für junge Geotechnik-Ingenieure", 37. Baugrundtagung in Wiesbaden, DGGT, Essen, 55-65.
Ganal, A.
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On the AVISA model for clay – Recommendations for calibration and verification based on the back analysis of a piled raft. Computers and Geotechnics, 154, 105126.
Tafili, M.; Ganal, A.; Wichtmann, T. & Reul, O.
