Grundbruch in geschichtetem Boden: Experimentelle Untersuchungen und numerische Simulation

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Elisabeth Seibel
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571134285

Auch wenn die grundlegenden Mechanismen zum Grundbruch in homogenem Boden mittlerweile gut erforscht sind, gibt es bisher kaum verlässliche Untersuchungen zur Beschreibung der Bruchfigur, insbesondere für geschichtete Böden. Das Durchstanzen von Fundamenten durch eine Tragschicht (Sand) auf weichem, wenig tragfähigen Untergrund (Ton), wurde bisher vornehmlich mit numerischen Methoden als ebenes Problem betrachtet; aussagekräftige experimentelle Untersuchungen fehlen. Hier setzt das beantragte Forschungsvorhaben an, dessen übergeordnetes Ziel die Analyse des komplexen Verhaltens von Fundamenten auf geschichtetem Boden ist. Zu diesem Zweck sollen experimentelle Untersuchungen und numerische Methoden kombiniert werden. Die Grundlage bilden 1g-Versuche an Modellstreifenfundamenten in einem Versuchskasten mit geschichtetem Bodenaufbau sowie großmaßstäbliche Versuche an Rechteckfundamenten in einer großen Versuchsgrube. Anhand von numerischen Voruntersuchungen konnten wichtige Gesichtspunkte, die in den Modellversuchen Berücksichtigung finden sollen, bereits identifiziert werden. Neben den gängigen Messverfahren soll das Verformungsverhalten mit neuartigen, zerstörungsfreien Prüf- und Visualisierungsmethoden erfasst werden. Zur Identifikation und Visualisierung der Bruchfigur wird in den Modellkastenversuchen 3D-Nahbereichsphotogrammetrie eingesetzt. In den Großversuchen an Rechteckfundamenten soll die Bruchfigur zusätzlich zu herkömmlichen Methoden (Ausgraben) mittels moderner faseroptischer Messung (DFOS) mit hierfür geeigneten Sensoren identifiziert werden. Der Einfluss der undränierten Scherfestigkeit der Tonschicht soll durch verschiedenartige Tonböden und Variation der Konsistenz abgebildet werden. Zu diesen Tonen besteht Erfahrung aus einem früheren DFG-Vorhaben. Die Versuche sollen anhand von 3D-FEM-Berechnungen unter Zugrundelegung nichtlinearer Stoffmodelle analysiert und nachgebildet werden. Nach Kalibrierung der FEM-Modelle aus den Versuchsergebnissen soll eine ausführliche numerische Parameterstudie weiterführende Erkenntnisse zum Verhalten von Fundamenten auf geschichteten Böden liefern. Als Ergebnis soll ein konsistentes, analytisches Berechnungsverfahren aufgestellt werden, das auch die 3D-Effekte beim Grundbruch in geschichtetem Boden berücksichtigt. Daraus können Empfehlungen für die Übertragung in die geotechnische Praxis erarbeitet werden. Die erwarteten Versuchsergebnisse können in der Zukunft zur Kalibrierung und Validierung anderer Stoffmodelle herangezogen werden. Erkenntnisse aus der Versuchstechnik können auch auf andere Modellversuchstypen und praktischen Anwendungen übertragen werden. Das Forschungsprojekt knüpft an vorangegangenen, eigenen theoretischen Forschungsarbeiten zum Grundbruch auf homogenen und geschichteten Böden an und soll einen grundlegenden Beitrag zur Beschreibung des Verhaltens von Fundamenten auf geschichteten Böden und zur Beschreibung des Versagensbildes im Allgemeinen leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen