Über die Forschungsarbeit im Fachgebiet wird regelmäßig in einer Mitteilungsreihe berichtet.

Die Herausgeberschaft, die Publikationsform und der Verlag haben sich im Laufe der Zeit immer wieder verändert.  Ab Heft 45 erscheint die Mitteilungsreihe bei duepublico.

ab Heft 45
Report Geotechnik
Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Eugen Perau
bei duepublico, der elektronischen Publikationsplattform der Universität Duisburg-Essen

Heft 49
Tobias Askamp
Ein Modell zur Beschreibung innerer Erosion : Grundzüge des mechanischen Modells und Ansätze zum Massenproduktionsterm

freier Zugang zur Dissertation über duepublico

Bei Bauwerken, wie Deichen, Dämmen oder Baugrubenwände, ist der Nachweis gegen Versagen durch innere Erosion und Piping zu erbringen, wenn diese von einer Grundwasserströmung beeinflusst werden. Hierzu werden geometrische und hydraulische Kriterien herangezogen, durch die sichergestellt werden soll, dass einzelne Bodenkörner nicht gelöst und abtransportiert werden können. Falls notwendig ist dies durch konstruktive Maßnahmen zu erzielen. Eine mechanische Beschreibung der Erosionsprozesse findet bei dieser Nachweisführung nicht statt.

In dieser Arbeit wird an einem Modell gearbeitet, welches den Ablauf eines Erosionsprozesses mechanisch beschreibt. Das kontinuumsmechanische Modell wird mit der Theorie poröser Medien aufgestellt. Als Grundmodell wird ein Mehrphasenmodell mit einem starren Korngerüst, Wasser als Fluid und einer beliebigen Anzahl an Fraktionen lösbarer sowie bereits gelöster Partikel verwendet. Zuvor werden in einem Modell-Konzept die Rahmenbedingungen, zum Beispiel Randbedingungen oder Annahmen für eine spezielle Form der Erosion, festgelegt. Auf Basis des Grundmodells erfolgt schließlich die Herleitung eines Dreiphasenmodells für eine Beschreibung der Suffosion als ersten Spezialfall. Das Dreiphasenmodell umfasst das Korngerüst, das Fluid sowie eine Fraktion an Partikeln, die sich im Korngerüst befinden und aus diesem herausgelöst werden können oder bereits gelöst sind.

Zur Beschreibung des Erosionsprozesses und zur Schließung des Gleichungssystems ist es notwendig, Gleichungen für die im System enthaltenen Unbekannten konstitutiv festzulegen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Massenproduktion. Über den Term der Massenproduktion wird der Austausch von Partikeln zwischen dem im Korngerüst vorhandenen und den gelösten Partikeln beschrieben. Der Massenproduktionsterm beinhaltet sowohl einen Ansatz für das Lösen, also der Erosion von Partikeln, als auch für die Ablagerung von Partikeln. Der Beginn der Erosion sowie der Ablagerung von Partikeln wird durch ein hydraulisches Kriterium gesteuert.

Ein einfaches Berechnungsprogramm, welches die Simulation einer eindimensionalen, vertikalen Durchströmung einer Bodensäule ermöglicht, liefert erste Ergebnisse zur Auswirkung des Massenproduktionsterms. Anhand von Durchströmungsberechnungen wird die Plausibilität der Berechnungsansätze belegt. Durchgeführte Parametervariationen zeigen den Einfluss der im Massenproduktionsterm enthaltenen Parameter und liefern erste Erkenntnisse zur mechanischen Beschreibung des Suffosionsprozesses.

Heft 48
Benedikt Kosmann
Berechnung der Stabilität tiefer Geothermiebohrungen bei echten triaxialen Spannungszuständen mit einer modifizierten Grenzbedingung nach Mogi-Coulomb

freier Zugang zur Dissertation über duepublico

Die Nutzung von tiefer Geothermie kann einen großen Beitrag zu einer regenerativen Energieversorgung leisten. Um entsprechende geothermische Ressourcen nutzen zu können, sind tiefe geothermische Bohrungen erforderlich, welche einen Großteil der Kosten einer geothermischen Erschließung ausmachen und ein hohes Risiko bezüglich der Stabilität aufweisen. Eine Beurteilung der Stabilität kann nur durch numerische Berechnungen erfolgen, die geeignete Stoffmodelle zur Beschreibung der Gesteinsfestigkeit erfordern.

In dieser Arbeit werden daher auf Basis von Stoffmodellen, die in der Geotechnik erfolgreich angewendet werden, numerische Werkzeuge zur Beschreibung von dreidimensionalen Spannungszuständen entwickelt, und der Einfluss der Gesteinsfestigkeit auf die Stabilität einer Geothermiebohrung untersucht. Um den Einfluss dreidimensionaler Spannungszustände – die drei unterschiedlich große Hauptspannungen aufweisen – auf die Gesteinsfestigkeit zu untersuchen, wird die Grenzbedingung nach Mogi-Coulomb, in welcher auch der Einfluss der mittleren Hauptspannung Berücksichtigung findet, verwendet. Diese ist in den Sonderfällen von Kompression und Extension mit der Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb identisch und enthält für den Spezialfall von reibungslosem Materialverhalten die Grenzbedingung nach von Mises. Durch eine in dieser Arbeit vorgenommene Modifizierung ist die Grenzbedingung nach Drucker-Prager ebenfalls als Spezialfall enthalten und die Grenzbedingung kann noch besser an die Versuchsergebnisse aus echten Triaxialversuchen angepasst werden. Insbesondere werden der Einfluss der eingehenden Materialparameter sowie deren Gewinnung aus Laborversuchen und die Konvexität der Grenzbedingung behandelt. Weiter wird ein Verfahren zur Identifizierung konkaver Bereiche einer Grenzbedingung zwischen zwei Unstetigkeitsstellen sowie die Methode der kleinsten Abstandsbeträge zur Identifizierung der Materialparameter vorgestellt. Um numerische Berechnungen durchführen zu können, wird die modifizierte Grenzbedingung nach Mogi-Coulomb in ein elastoplastisches Stoffmodell implementiert, welches als User-Defined-Soil-Model in der FEM-Software PLAXIS 3D verwendet werden kann.

Schlussendlich zeigen numerische Untersuchungen an zwei gestützten Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern den Einfluss der mittleren Hauptspannung auf die Bohrlochstabilität. Dieser Einfluss wird durch einen Vergleich von Berechnungsergebnissen, die mit der Grenzbedingung nach Mohr-Coulomb – welche die mittlere Hauptspannung nicht berücksichtigt – erzielt wurden, mit Ergebnissen, erzielt mit der modifizierten Grenzbedingung nach Mogi-Coulomb, gezeigt. Wonach eine Vernachlässigung der mittleren Hauptspannung unter tatsächlich vorherrschenden echten triaxialen Bedingungen unvermittelt zu einer Überschätzung der Gesteinsfestigkeit führen kann.

Heft 47
Antonia Dahmen
Zum Nachweis der Standsicherheit von Verbauwänden mit der Finite-Elemente-Methode

freier Zugang zur Dissertation über duepublico

Der Nachweis der Tragfähigkeit von Verbauwänden wird zumindest in Deutschland noch fast ausschließlich auf Basis der klassischen Erdstatik und kaum mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) geführt. Diese Vorgehensweise wird vor allem von den einschlägigen Normen und Regelwerken favorisiert. Eine Ausnahme stellt hier nur der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit dar, für den wiederum die FEM empfohlen wird.  Dass der Nachweis der Standsicherheit von Verbauwänden mit der FEM trotz deren besonderen Möglichkeiten auf Einzelfälle beschränkt bleibt, liegt daran, dass es derzeit noch keine verbindlichen Regelungen für entsprechende Standsicherheitsberechnungen und auch kaum systematische Untersuchungen zum Einfluss der Boden- und Materialparameter auf das Systemverhalten gibt. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Standsicherheitsberechnung von Verbauwänden mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Sie soll Hinweise und Empfehlungen aufzeigen, wie eine Berechnung der Standsicherheit mit der FEM durchführbar ist und wie sie mit dem derzeitigen Sicherheitskonzept vereinbar wäre. Dazu werden numerische Untersuchungen durchgeführt, mit dem Ziel das Systemverhalten besser verstehen zu können und die Parameter zu identifizieren, die das Systemverhalten und somit auch die Standsicherheits- und Verformungsberechnung einer Verbauwand und deren Konstruktionsteile stark beeinflussen. Für ein besseres Verständnis, wird zunächst in der Dissertation herausgearbeitet, wie die Nachweise derzeit nach den klassischen Verfahren geführt werden. Es wird beschrieben wie sich die klassischen Verfahren mit der Zeit entwickelt haben und welche Nachweisverfahren derzeit verwendet werden. Anschließend wird auf die Berechnung der Standsicherheit mit der Finite-Elemente-Methode eingegangen. Auch hier wird zunächst beschrieben, wie sich die FE-Berechnung zeitlich entwickelt hat und was derzeit schon, in Bezug auf die  Standsicherheitsnachweise, mit der FEM berechnet werden kann. Es werden für beide Berechnungsverfahren die Vor- und Nachteile herausgearbeitet und kommentiert. Die numerischen Berechnungen zum Einfluss der Boden- und Materialparameter auf das Systemverhalten sollen zeigen, welche Parameter bei einer Standsicherheits- und Verformungsberechnung mit der FEM genau ermittelt werden müssen, da sie das Systemverhalten stark beeinflussen. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wird ein Konzept zur Berechnung von Verbauwänden mit FEM erarbeitet. Dieses enthält Empfehlungen und Hinweise, die bei einer FEM-Berechnung zu beachten sind. Außerdem wird ein Vergleich von FEM-Berechnungen mit Berechnungen nach dem klassischen Verfahren durchgeführt, um eine Einschätzung über die Ergebnisse der FEM-Berechnungen bezüglich des derzeitigen Sicherheitskonzeptes geben zu können.

Heft 46
Matthias Hausmann
Einfluss der Ringspaltverpressung auf die Beanspruchung der Tübbingröhre in Tunnellängsrichtung

freier Zugang zur Dissertation über duepublico

Die Dissertation befasst sich mit der Beanspruchung und der Verformung der Tunnelröhre in Längsrichtung während der Bauphase des Tunnels im Schildvortrieb vor dem Hintergrund der Ringspaltverfüllung mit flüssigem Mörtel. Da teilweise Beschädigungen an den Tübbingen festgestellt werden, die bereits früh nach Erstellung eines Rings auftreten, besteht eine technische und wirtschaftliche Motivation für ein besseres Verständnis der Beanspruchung der Tunnelröhre in der Bauphase. In der vorliegenden Arbeit werden weitestgehend analytische Ansätze verwendet, um eine verständliche und transparente Berechnungsmethodik zu gewährleisten, anstatt allein auf hochkomplexeModelle zurückzugreifen.

Zunächst wird die Idealisierung der Tunnelröhre als elastisch gebetteter Balken beschrieben, mit der die Schnittgrößen und Verschiebungen in Tunnellängsrichtung berechnet werden können. Zudem wird die Belastung der Röhre durch die Auftriebskraft im flüssigen Mörtel anhand eines analytischen Berechnungsmodells zur Bestimmung der zeitlichen Druckentwicklung im Ringspalt quantifiziert und erläutert, welche Auswirkung die Segmentierung der Tunnelröhre in einzelne Ringe auf das Verhalten der Tunnelröhre in Tunnellängsrichtung hat und wie diese Einflüsse anhand getrennter Ansätze quantifiziert werden können.

Zuletzt wird die Verwendung der Berechnungsmethoden unter praxisrelevanten Randbedingungen dargestellt und die Ansätze auf ihre Eignung überprüft. Dabei wird der Einfluss der Biegesteifigkeit der Tunnelröhre sowie der Auftriebskraft auf die Berechnungsergebnisse aufgezeigt. Zuletzt wird somit veranschaulicht unter welchen Randbedingungen eine Beanspruchung auftritt, die zu Schäden am Tunnel führen könnte. 

Stichwörter:

• Maschineller Tunnelbau, Tübbingröhre, Ringspaltverpressung
• Tunnellängsrichtung, elastisch gebetteter Balken, Auftrieb
• analytische Modellansätze, Berechnungsmethode

Heft 45
Nils Jasper Meteling
Parameteridentifikation bei Grundwasserströmung auf Basis analystisch formulierter Näherungslösungen

freier Zugang zur Dissertation über duepublico

Für Baugruben, die tief in das Grundwasser einbinden, muss die Wirkung des Grundwassers auf die Verbauwände und den Baugrund berücksichtigt werden. Wenn in erreichbarer Tiefe eine schwächer durchlässige Schicht ansteht, empfiehlt es sich, die Verbauwände bis in diese Schicht zu führen und eine Restwasserhaltung zu betreiben.

Die Lösung des damit verknüpften Randwertproblems erfolgt mit analytisch formulierten Näherungslösungen. Diese ermöglichen es, an bestimmten Stellen im Strömungsgebiet geohydraulische Feldgrößen zu berechnen. Die Qualität der Lösung des Strömungsproblems hängt von der Güte der Modellparameter ab. Wenn diese nicht direkt über eine Messung bestimmt werden können, müssen sie über eine Parameteridentifikation ermittelt werden.

Aus mathematischer Sicht stellt die Parameteridentifikation eine inverse Problemstellung dar. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Anwendungen der Parameteridentifikation am Beispiel einer Baugrube mit Restwasserhaltung analysiert und gelöst. Im Fokus der inversen Analyse stehen Fragestellungen wie z.B. die Rückrechnung der Durchlässigkeitsbeiwerte oder einer damit verbundenen Anisotropie unter Rückgriff auf synthetische in-situ-Messdaten. Aus den Untersuchungen für das spezielle Randwertproblem wird  ein grundsätzliches Konzept zur Lösung von Identifikationsproblemen entwickelt.

Zudem wird eine Analyse und Optimierung des zu planenden Messprogramms für eine Baugrube mit Restwasserhaltung durchgeführt. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Handlungsempfehlungen hinsichtlich der räumlichen Verteilung, der notwendigen Anzahl und der optimalen Lage der Messpunkte für unterschiedliche Feldgrößen erarbeitet.

Stichwörter:

• Baugrube, Restwasserhaltung, Grundwasserströmung, Messprogramm
• Parameteridentifikation, Inverse Problemstellung, synthetische Messdaten
• Finite-Elemente-Methode, Näherungslösung, Optimierung, Sensitivität

Heft 42 bis 44
Report Geotechnik
Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. E. Perau
veröffentlicht beim Shaker-Verlag

Heft 44 zum Thema: Geotechnik und Wasser – Planung, Berechnung und Ausführung
Tagungsband zum 11. RuhrGeo-Tag am 26.03.2020 in Essen

mit Beiträgen von: E. Perau; A. Schlenkhoff; N. Meteling; S. Keßler u. R. Jagow-Klaff; W. Baille, K. Reinhardt, K. Sommer; L. Vollmert u. K. von Maubeuge; J. Overmans u. U. Estermann; B. Odenwald; C. Fierenkothen, M. Herten u. M. Pulsfort

Anmerkung: der 11. RuhrGeo-Tag musste aufgrund der Corona-Situation verschoben werden auf den 24.03.2022. Der Tagungsband ist jedoch bereits 2020 erschienen.

Zum Inhalt:

Das Wasser in seinen unterschiedlichen Erscheinungsformen spielt in der Geotechnik eine wichtige Rolle. Als Grundwasser führt es im Boden zum Auftrieb und bei Bewegung auch zu Strömungskräften. Bei Baugruben und im Tunnelbau muss es durch eine Wasserhaltung vom Eindringen abgehalten werden. Vor allem beim hydraulischen Grundbruch, der bei umströmten Verbauwänden vorkommen kann, wird die zerstörerische Kraft des Grundwassers sichtbar. Auf der anderen Seite liefert das Wasser beim Gefrierverfahren die Möglichkeit, den Untergrund zugleich abzudichten und zu verfestigen. Auch Wasser an der Oberfläche, wie z.B. in Stauseen, Häfen und Kanälen beeinflusst angrenzende Bauwerke und führt zu Aufgabenstellungen in der Geotechnik. Vor allem durch den Klimawandel und die verstärkte Nutzung von erneuerbarer Energie entstehen neue Problemfelder auf in der Geotechnik.

Im vorliegenden Tagungsband sind die Fachvorträge der Veranstaltung in illustrierten Texten festgehalten. Sie umfassen sowohl praktische als auch theoretische Aspekte der Wechselbeziehung zwischen Geotechnik und Wasser. Sie behandeln einschlägige Normen, die Beschreibung von Phänomenen, Modellen und Berechnungsansätzen sowie die Präsentation von Projekten aus der Baupraxis.

Themen:

•  Grundwasser, Auftrieb, Strömungskräfte
•  Hydraulischer Grundbruch
•  Wasserhaltung, Baugrundvereisung
•  Klimawandel, Gewässerumbau
•  Messprogramm, Monitoring
•  Abdichtungselemente
•  Ortbetonpfähle
•  Fischaufstiegsanlage

Das Buch kann über den Shaker-Verlag elektronisch sowie auf Papier bezogen werden.

Heft 43 Randa Adel Mahmoud Arafa
Experimental Analysis of Impact Loading during Installation of Jack-up Units

Jack-ups, self-elevating mobile offshore units, are being extensively used for offshore construction projects such as oil rigs and offshore wind turbines. The jack-up can be towed from site to site and therefore has to withstand different environmental conditions at each site, such as wind and waves.

This work is concerned with a sudden and uncontrolled touchdown of a leg on the seabed due to wave action occurring during the lowering phase while the  jack-up is still in a floating mode. This impact can cause seabed instabilities and induce leg damage. Due to a strict limit of significant wave height for the installation phase, the available working weather window for a jack-up unit is small. In order to extend the weather window for installation of the jack-up unit, the impact problem has been investigated.

Small scale 1-g experiments are performed in a tank to gain better understanding of the impact problem. Several leg/spudcan systems are designed and manufactured. The leg/spudcan system is allowed to impact the seabed under its own weight. The impact forces on the subsoil, total stresses and pore water pressures are measured for different drop heights, masses, spudcan diameters and different inclinations to the vertical.

By analyzing the test results an equation to calculate impact forces from dimensionless parameters is obtained by the experiments. The proposed expression can assess the impact force on subsoil with very dense sand.

Keywords:

• „offshore constructions, offshore wind turbines, oil rigs
• „jack-up unit, mobile offshore unit, leg / spudcan system
• „uncontrolled touchdown of a leg, impact on seabed
• 1-g small scale model tests, very dense sand
• impact loading, total stresses, pore water pressure
• „equation with dimensionless parameters

Das Buch kann über den Shaker-Verlag elektronisch sowie auf Papier bezogen werden.

Heft 42 zum Thema: Wechselwirkung Baugrund - Bauwerk
Tagungsband zum 8. RuhrGeo-Tag am 30.03.2017 in Essen

mit Beiträgen von: E. Perau; St. Kinzler, F. Sattler, E. Tafur u. M. Ziegler; C. Pohl u. D. Placzek;  F. Könemann, St. Gutjahr u. B. Kosmann; A. Hettler; E. Perau u. A. Zillmann; B. Odenwald, K. Ratz u. H. Günther; D. König u. T. Schröder; C. Schmüdderich, D. König, P. Gußmann u. T. Schanz; L. Speier, K. van der Smissen u. F. Grübl; J. Schreiber u. A. Verhoeks; M. Stahl, N. Veith u. P. Knopf
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Zum Inhalt:

Bauwerke sind mit dem Baugrund verbunden und treten mit diesem in Wechselwirkung; d.h. von beiden Beteiligten geht eine Wirkung auf den jeweils anderen Beteiligten aus. Spannungen und Verformungen im Baugrund werden also wie zu erwarten vom Bauwerk beeinflusst - aber auch umgekehrt: der Baugrund beeinflusst Spannungen und Verformung vom Bauwerk.
Beispiele, bei denen diese Wechselwirkungen stark ausgeprägt sind, sind die Sohlnormalspannung unter Flächengründungen, der Erddruck auf Verbauwände und seine Verteilung sowie die daraus resultierende Erdauflagerkraft oder die Wechselwirkung zwischen den Verpresskörpern von Ankern und dem Baugrund.
Am 30.03.2017 fand zum Thema "Wechselwirkung Baugrund-Bauwerk" in Essen an der Universität Duisburg-Essen der 8. RuhrGeo-Tag statt. Die Tagung wurde gemeinsam veranstaltet von den Fachgebieten Geotechnik der RU Bochum, der TU Dortmund, der BU Wuppertal sowie der Universität Duisburg-Essen in Kooperation mit dem Verband Beratender Ingenieure (VBI).
Im vorliegenden Tagungsband sind die Fachvorträge der Veranstaltung in illustrierten Texten festgehalten. Die Vorträge umfassen sowohl praktische als auch theoretische Aspekte der Wechselwirkung Baugrund-Bauwerk. Sie behandeln einschlägige Normen, die Beschreibung von Phänomenen, Modellen und Berechnungsansätzen sowie die Präsentation von Projekten aus der Baupraxis und speziellen eingesetzten Verfahren.

- Wechselwirkung Baugrund-Bauwerk
- 8. RuhrGeo-Tag 2017 in Essen
- Schnittstelle und Interaktionen Tragwerk-Gründung
- Flächengründungen, Bettungsmodul, Pfahlgründungen
- Erddruck auf Verbauwände, Uferspundwände
- Tunnelbau und Bestandsbauwerke
- DIN 4085, Berechnung von Erddruck und Erdwiderstand
- FEM, Kinematische Elemente Methode

Das Buch kann über den Shaker-Verlag elektronisch sowie auf Papier bezogen werden.

Im April 2015 ist erschienen: 

K. Lesny, E. Perau: Bodenmechanisches Praktikum, Auswahl und Anwendung von bodenmechanischen Laborversuchen, 246 Seiten, 13. Auflage, Shaker-Verlag, 978-3-8440-3578-0

Die Bodenmechanik ist die Lehre von den mechanischen Eigenschaften und dem mechanischen Verhalten des Bodens als Baugrund und Baustoff. Grundlage der Bodenmechanik sind Modellbildungen, mit denen das mechanische Verhalten und die Eigenschaften der Böden bei Beanspruchung bzw. bei Verwendung als Baustoff beschrieben und prognostiziert werden können. Im Sinne dieser Modellbildungen ist der Boden ein Baustoff wie Beton oder Stahl, hat jedoch im Gegensatz zu diesen keine vorab bekannte und werksmäßig hergestellte Qualität. Daher sind Erkundungen zu Art und Eigenschaften des Baugrunds in einem konkreten Planungsgebiet stets die erste Aufgabe bodenmechanischer Untersuchungen. Nachdem die Eigenschaften des anstehenden Baugrunds erkundet worden sind, können geeignete Modelle der Bodenmechanik ausgewählt und angewendet werden, um z.B. geotechnische Konstruktionen so zu dimensionieren, dass sie die ihnen zugedachten Belastungen unter Begrenzung der Verformungen des Untergrundes sicher in den Boden einleiten. Zu diesem Zweck müssen die mechanischen Eigenschaften der betreffenden Böden durch Labor- oder Feldversuche untersucht und die maßgebenden Bodenkennwerte festgelegt werden.

Das vorliegende Buch verzichtet bewusst auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Versuchsprozeduren. Der Schwerpunkt der Ausführungen liegt vielmehr auf der Versuchsauswahl und der Interpretation der Versuchsergebnisse. Die Inhalte dieses Buches wurden dafür grundlegend im Sinne des Eurocodes 7, Teile 1 und 2, und der zugehörigen DIN-Normen in ihrer derzeit aktuellen Fassung überarbeitet.

Stichwörter: Baugrunderkundungsverfahren, Zustandsbeschreibung von Böden, Formänderungs- und Festigkeitsverhaltens, Festlegung von Bodenkenngrößen für geotechnische Nachweise, Erfahrungswerte und Korrelationen

Das Buch kann über den Shaker-Verlag elektronisch sowie auf Papier bezogen werden.

Die Hefte bis zur Nummer 41 sind erschienen im VGE-Verlag, Essen, und können derzeit nur über das Fachgebiet Geotechnik bezogen werden.

ab Heft 38
Report Geotechnik
Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. E. Perau
VGE Verlag GmbH

Heft 41 zum Thema: Baugruben und Grundwasser, Tagungsband zum 4. RuhrGeo Tag am 21.03.2013 in Essen

mit Beiträgen von: E. Perau; B. Schuppener; A. Hettler; K. Borchert u. F. Könemann; A. Slotta u. E. Perau; L. Röchter u. T. Schanz; C. Heitz, A. Jechorek, u. A. Verhoeks; B. Odenwald, H. Montenegro, R. Kauther u. M. Herten; D. Placzek, L. König u. B. Bauckhage; G. Lottritz, M. Pulsfort u. P. Waldhoff; B. Böhle, F. Ludwig u. R. Otterbein

Zum Inhalt:

Planung, Berechnung und Ausführung von Baugruben, die ins Grundwasser einbinden, erfordern die Bewältigung vieler komplexer Fragestellungen, die aus den vielfältigen Wechselwirkungen zwischen dem Grundwasser, dem Boden und der Konstruktion resultieren. Phänomene wie Wasserdrücke, Auftrieb, Strömungskraft, Erosion und Durchlässigkeit gilt es bei jeder Baugrube wieder aufs Neue zu identifizieren, zutreffend einzuschätzen und zu behandeln.

Aus den Wechselwirkungen ergibt sich eine Vielzahl von theoretisch möglichen Schadensszenarien, die bereits im Vorfeld der Bautätigkeit erkannt und durch geeignete Maßnahmen abgewendet werden müssen.

Am 21.03.2013 fand zum Thema "Baugruben und Grundwasser" in Essen an der Universität Duisburg-Essen der 4. RuhrGeo Tag statt. Die Tagung wurde gemeinsam veranstaltet von den Fachgebieten Geotechnik der RU Bochum, der TU Dortmund, der BU Wuppertal sowie der Universität Duisburg-Essen.

Im Tagungsband sind die Fachvorträge der Veranstaltung in illustrierten Texten festgehalten. Die Vorträge umfassen eine mit Beispielen angereicherte Einführung in die aktuellen einschlägigen Normen (EC 7 und DIN 1054) und Empfehlungen (EAB), die Beschreibung von Phänomenen und Modellen sowie die Präsentation von Projekten aus der Baupraxis und speziellen eingesetzten Verfahren.

Stichwörter: Baugruben und Grundwasser, 4. RuhrGeo Tag 2013 in Essen, Normen-Handbuch Geotechnik, Eurocode 7, DIN 1054:2010-12, Empfehlungen des Arbeitskreis Baugruben (EAB), Hydraulischer Grundbruch, Statische und zyklische Verflüssigung, Kokereierweiterung HKM Duisburg, Weserschleuse Minden, Messtechnische Überwachung tiefer Baugruben, Lotabweichung bei Schlitzwänden, Düsenstrahlverfahren

Heft 40 zum Thema: Untertage-Pumpspeicherwerke in Anlagen des Berg- und Tagebaus

mit Beiträgen von: E. Perau, U. Schreiber, A. Niemann, H.-J. Wagner, M. K. Koch u. P. Mark; A. J. Daou Pulido, V. Koppers, J. Lohmann, H.-J. Wagner u. M. K. Koch; A. Niemann, R. Alvarado Montero u. T. Wortberg; E. Perau, U. Schreiber u. H. Luick; U. Schreiber, H. Luick u. E. Perau; E. Perau u. S. Korn; D. Sanio u. P. Mark

Zum Inhalt:

Mit der eingeleiteten Energiewende geht vor allem die Steigerung des Anteils erneuerbarer Energie aus Sonne und Wind einher. Dies führt zu einer verstärkten Abhängigkeit der Stromproduktion vom Wetter. Starke, nicht korrelierende Schwankungen in Angebot und Abnahme von Strom führen so zu gesteigerten temporären Energiedefiziten und -überschüssen, die durch die Speicherung von Energie kompensiert werden müssen. Pumpspeicherwerke stellen eine seit vielen Jahren etablierte und sichere Technik mit relativ hohem Wirkungsgrad dar. Hierbei wird das Wasser aus dem Unterbecken mit überschüssigem Strom in ein Oberbecken gepumpt und bei erhöhtem Strombedarf über eine stromproduzierende Turbine wieder hinabgelassen.

Der in wenigen Jahren auslaufende Steinkohle-Bergbau im Ruhrgebiet wird einige tiefreichende Schächte und daran angeschlossene unterirdische Strecken hinterlassen, welche aufgrund der Höhendifferenz zum Gelände grundsätzlich das Potenzial zur Aufnahme von Pumpspeicherwerken aufweisen. Dazu müssen die Bergwerke jedoch entsprechend ausgebaut werden.

Auch die Braunkohle-Tagebaue, die zum Teil noch über wenige Jahrzehnte in Betrieb sind, eignen sich möglicherweise zur Aufnahme von Pumpspeicherwerken. Insbesondere die tiefen Tagebaue des Rheinischen Braunkohlereviers bieten zwischen dem umgebenen Gelände und der Tagebausohle entsprechend große Höhendifferenzen. Hier stellt vor allem die Bereitstellung großer unterirdischer Hohlräume, also der Bau eines Unterbeckens eine große Herausforderung dar.

Stichwörter: Energiewende, Regenerative Energie, Energiespeicherung durch Pumpspeicherwerke, Steinkohle-Bergbau im Ruhrgebiet, stillgelegte Bergwerke, Braunkohle-Tagebau, Rheinisches Braunkohlerevier, Untertage-Pumpspeicherwerke, Unterflur-Pumpspeicherwerke, Geotechnik, Geologie, Wasserbau, Energiewirtschaft, Massivbau, Betonkonstruktionen für Pumpspeicherwerke

Heft 39 von Lars Vavrina (2011)

Bewertung der Schutzfunktion bewachsener Deichbinnenböschungen gegen Erosion

Zum Inhalt

Die Küstengebiete entlang der Nordsee werden traditionell durch bewachsene Deiche gegen Sturmfluten geschützt. Die Höhe der Deiche wird so festgelegt, dass nur ein geringer Wellenüberlauf stattfinden kann, der erfahrungsgemäß von der Binnenböschung schadlos aufgenommen wird. Gemäß den internationalen Prognosen zum Klimawandel bzw. Meeresspiegelanstieg würde die Fortschreibung dieser Vorgehensweise zu einer überproportionalen Deicherhöhung führen, die auf lange Sicht nicht wirtschaftlich wäre. Vor diesem Hintergrund wird erwogen, auf eine adäquate Erhöhung der Deiche zu verzichten und mehr Wellenüberlauf zuzulassen. Dies setzt allerdings eine ausreichende Widerstandsfähigkeit der Binnenböschung gegen ablaufendes Wasser voraus. Die Widerstandfähigkeit von Deichbinnenböschungen basiert auf dem funktionalen Zusammenwirken von Boden und Bewuchs. Vor diesem Hintergrund wurde hier ein ingenieurpraktischer Ansatz entwickelt, der eine Beurteilung der Widerstandsfähigkeit der Binnenböschung ermöglicht und dabei sowohl die bodenmechanischen Eigenschaften als auch die festigkeitssteigernde Wirkung der Grasnarbe berücksichtigt. Mit diesem Ansatz wird die Grasnarbe als konstruktives Element in die Deichbemessung einbezogen und somit ein bedeutender Schritt hin zu einer technisch und wirtschaftlich optimierten Deichgestaltung vollzogen.

Stichwörter: Hochwasserschutz an der norddeutschen Küste, Deichbemessung - Wellenüberlauf, Funktionales Zusammenwirken zwischen Boden und Grasnarbe, Infiltrations- und Erosionsprozesse, Experimentelle Untersuchungen - Bestimmung des Erosionswiderstandes, Festigkeitssteigerung durch die Durchwurzelung, Ansatz zur Bewertung der Schutzfunktion

Heft 38 von Carsten Pohl (2010)

Witterungsbedingte Gefügebildung bei See- und Ästuardeichen und ihr Einfluss auf die Deichsicherheit

Zum Inhalt

Ein Großteil der deutschen Küstenniederungen wird mittels Deichen vor temporärer Überflutung geschützt. Traditionell werden diese Deiche aus den vor Ort verfügbaren Erdbaustoffen erstellt. Die Geometrie ihrer Querschnitte beruht vor allem auf Erfahrungswerten, die über Jahrhunderte aus vorangegangenen Sturmfluten gewonnen wurden. Für die derzeitigen hydrodynamischen Beanspruchungen weisen die Deiche daher eine ausreichende Höhe auf.

Der befürchtete Klimawandel führt auf Dauer zu einem Anstieg der Bemessungswasserstände, auf die nach den bisherigen Erkenntnissen die Deiche nicht ausgelegt sind. Eine entsprechende Erhöhung der Deiche ist technisch möglich aber wirtschaftlich enorm aufwändig. Zudem steht der dazu erforderliche Abbau geeigneter Bodenvorkommen in Konflikt mit der Landnutzung sowie der Ökologie.

Vor diesem Hintergrund wird hier ein Ansatz verfolgt, bisher nicht in Rechnung gestellte Reserven zu quantifizieren, um auf eine Erhöhung der Deiche zumindest teilweise verzichten zu können. Bodenmechanische Modelle sollen zur Bemessung von Deichen unter den zukünftig veränderten Beanspruchungen infolge des Klimawandels herangezogen werden.

Stichwörter: Klimawandel - Hochwasserschutz an der norddeutschen Küste, See- und Tidestromdeiche, Bestimmung der Deichsicherheit - Bemessungskonzept, Verhalten des Bodengefüges unter Witterung,  Schrumpfrisse, Experimentelle Untersuchungen - Bestimmung der Zugfestigkeit, Parameterstudie – Schädigung durch Wellenüberlauf und Wellendruckschlag

Heft 33 bis Heft 37
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien
VGE Verlag GmbH

Heft 37 von Peter Hinz (2009)

Beurteilung des Langzeitverhaltens zyklisch horizontal belasteter Monopile-Gründungen

Heft 36 von Kerstin Lesny (2008)

Gründung von Offshore-Windenergieanlagen - Werkzeuge für Planung und Bemessung -

Heft 35 von Patrik Lammertz (2008)

Ermittlung der Tragfähigkeit vibrierter Stahlrohrpfähle in nichtbindigen Böden

Heft 34 von Aloys Kisse (2008)

Entwicklung eines Systemgesetzes zur Beschreibung der Boden-Bauwerk-Interaktion flachgegründeter Fundamente auf Sand

Heft 33 von Jens Wiemann (2007)

Bemessungsverfahren für horizontal belastete Pfähle Untersuchungen zur Anwendbarkeit der p-y Methode

Heft 30 bis Heft 32
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien
Verlag Glückauf GmbH

Heft 32 von Magnus Geduhn (2006)

Geokunststoffummantelte Vakuum-Säulen Ein Gründungsverfahren für sehr weiche bindige Böden
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 31 von Susanne Potthoff (2003)

Simulation von Zweiphasen-Strömungen im Boden Ein Programmsystem auf Basis der Gemischten Finite-Elemente-Methode

Heft 30 von Roland Weißmann (2003)

Die Widerstandsfähigkeit von Seedeichbinnenböschungen gegenüber ablaufendem Wasser

Heft 29
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien
Verlag Glückauf GmbH

Heft 29 von Jens Wiemann, Kerstin Lesny, Werner Richwien (2002)

Gründung von Offshore-Windenergieanlagen Gründungskonzepte und geotechnische Grundlagen

Heft 27 bis Heft 28
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien
Verlag Glückauf GmbH

Heft 28 von Eugen Perau (2001)

Die Phasen des Bodens und ihre mechanischen Wechselwirkungen - Ein Konzept zur Mechanik teilgesättigter Böden

freier Zugang zur Neuausgabe der Publikation über duepublico

Heft 27 von Kerstin Lesny (2001)

Entwicklung eines konsistenten Versagensmodells zum Nachweis der Standsicherheit flachgegründeter Fundamente

Heft 24 bis Heft 26
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien und Prof. Dr.-Ing. M. Achmus
Verlag Glückauf GmbH

Heft 26 von Jörg Mangels (2000)

Beschreibung von Strömungen im ungesättigten Boden

Heft 25 von Zhenggui Wang (2000)

Behaviour of soils and foundation structures under cyclic loads

Heft 24 von Jörg Malkus (2000)

Untersuchung des Bodenverhaltens im Kontaktbereich von zyklisch axial belasteten Pfählen und Ankern

Heft 19 bis Heft 23
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität - Gesamthochschule Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. W. Richwien
Verlag Glückauf GmbH

Heft 23 mit Beiträgen verschiedener Autoren (1998)

Beiträge zur aktuellen Forschung in Grundbau und Bodenmechanik
mit Beiträgen von: W. Richwien u. E. Perau, H.-G. Schoen, E. Perau u. K. Golücke u. W. Richwien, E. Perau,

Heft 22 von Hans-Gerd Schoen (1996)

Untersuchungen zur Gasdurchlässigkeit trockener und teilgesättigter Sande

Heft 21 von Lothar Maßmeier (1995)

Bemessungsgrundlagen der stationären Infiltration von Grundwasser - Untersuchungen an Sanden -

Heft 20 von Frank Könemann (1995)

Beeinflussung des Grundwasserspiegels durch unterirdische Bauwerke
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 19 von Eugen W. Perau (1995)

Ein systematischer Ansatz zur Berechnung des Grundbruchwiderstands von Fundamenten

Heft 14 bis Heft 18
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität - Gesamthochschule - Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Nendza
Verlag Glückauf GmbH

Heft 18 von Klaus Haubrichs (1993)

Widerstand eines dicht gelagerten Sandes gegen Beanspruchung infolge ausmittig- schräg oder exzentrisch belasteter starrer Einzelfundamente

Heft 17 von Fahran Al. Akhras (1992)

Tragfähigkeit schrägbelasteter Streifenfundamente mit vertikalem Sporn auf dicht gelagertem Sand

Heft 16 von Stefan Schmitz (1989)

Hydraulische Grundbruchsicherheit bei räumlicher Anströmung

Heft 15 mit Beiträgen verschiedener Autoren (1988)

3. Grundbau-Seminar 1988, Vorträge
mit Beiträgen von: H. Schnettler u. G. Fluck, J. Kramer, H. J. Gräfer, H. Nendza, K. R. Ulrichs, W. Sondermann, Chr. Heckötter, K. Schulte, D. Placzek

Heft 14 von Claus Nacke (1988)

Horizontal belastete Fundamente mit geneigter Sohlfläche

Heft 12 bis Heft 13
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität - Gesamthochschule - Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Nendza

Heft 13 von Klaus Schulte (1988)

Wasserbewegung in ungesättigten feinkörnigen Böden

Heft 12 von Helmut Nendza, Claus Nacke (1986)

Der Einfluss der Lagerungsdichte auf die Tragfähigkeit überwiegend horizontal beanspruchter und auf Sand gegründeter Fundamente

Heft 11
Forschungsberichte aus dem Fachbereich Bauwesen
Universität Gesamthochschule Essen
Herausgegeben vom Dekan des Fachbereiches 10 - Bauwesen
(in dieser Reihe erschienen als Heft 35)

Heft 11 von Helmut Nendza, Christoph Heckötter (1985)

Die Verwendung von aufbereitetem Bauschutt im Erd- und Straßenbau
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 6 bis Heft 10
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität - Gesamthochschule - Essen
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Nendza

Heft 10 mit Beiträgen verschiedener Autoren (1985)

2. Grundbau-Seminar, Vorträge
mit Beiträgen von: H. Nendza, G. Foik, G. Ehl, K. R. Ulrichs, M. Donel, H.G. Gabener, J. Kramer, N. Veith, W. Göb, G. Lehmann, Ch. Heckötter,
inhaltsgleicher Nachdruck 1991

Heft 9 von Christoph Heckötter (1985)

Untersuchung zur Abschätzung des Steifemoduls von Grobschluffschüttungen mit Hilfe einfacher bodenmechanischer Kennwerte

Heft 8 von Georg Foik (1984)

Die Tragfähigkeit überwiegend horizontal Beanspruchter Fundamente auf dicht gelagertem Sand

Heft 7 von Helmut Nendza, Claus Nacke (1984)

Das Gebirgsverhalten beim Auffahren dicht beieinander liegender Tunnel im Bielefelder Juratonstein
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 6 von Hans-Günter Gabener (1983)

Untersuchungen über die Anfangsgradienten und Filtergesetze bei bindigen Böden
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 3 bis Heft 5
Mitteilungen aus dem Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Universität Essen ‐ GHS
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. H. Nendza

Heft 5 von Helmut Nendza, Georg Foik (1982)

Vergleichende Untersuchungen über den Einsatz eines Messerschildes im oberflächennahen Tunnelbau

Heft 4 mit Beiträgen verschiedener Autoren (1982)

Grundbau-Seminar 1982, Vorträge
enthält Beiträge von: H. Nendza, K. R. Ulrichs, J. Kramer, N. Veith, H.-G. Pühl, R. M. Spang, M. Donel, G. Reuter, R.H. Rübener, D. Placzek, H.-G. Gabener
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 3 von Dietmar Placzek (1982)

Untersuchungen über das Schwindverhalten bindiger Böden bei der Trocknung unter natürlichen Randbedingungen
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 2
ohne Angabe über die Schriftenreihe
ohne Angabe über einen Herausgeber
Druck: Fotodruck J. Mainz, Aachen 

Heft 2 von Karl R. Ulrichs (1980)

Untersuchungen über das Trag- und Verformungsverhalten verankerter Schlitzwände in rolligen Böden
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)

Heft 1
Forschungsberichte aus dem Fachbereich Bauwesen,
Universität Essen Gesamthochschule
Herausgegeben vom Dekan des Fachbereiches 10 - Bauwesen
(in dieser Reihe erschienen als Heft 4)

Heft 1 von H. Nendza und anderen (1978)

Grundbau und Bodenmechanik an der Universität Essen - GHS. Ein Überblick zu Lehre, Forschung und praktischer Anwendung.
enthält Beiträge von: H. Nendza, H. G. Gabener, D. Placzek, D. Rollberg, J. Kramer u. R. Hütz, H. Nendza u. G. Lehmann, K. R. Ulrichs,, M. Donel, G. Ehl, J. Kramer, G. Reuter, K. W. John, H.-G. Pühl
(beim Fachgebiet inzwischen vergriffen)