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Forschungsbericht 2013
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Forschungsbericht 2016
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Da oberirdische Stromleitungen bei der Bevölkerung zunehmend auf Widerstände stoßen, werden große Abschnitte der geplanten Nord-Süd-Stromtrassen in Gräben verlegt und sollen mit bis zu 525 kV Gleichstrom (DC) betrieben werden. Bei den Netzbetreibern wird diese Art der Verlegung zumeist als "Erdverkabelung" bezeichnet, wobei nicht nur Kabel, sondern auch Stromrohre verlegt werden. Die Ausbildung der Trassen mit erdverlegten Kabeln oder Rohren kann auf der Homepage der Bundesnetzagentur abgerufen werden. Weiterhin gibt es einige Bauvorhaben, wie z.B. EnLAG5 Diele - Niederrhein in NRW, das bereits abschnittsweise als Erdkabelpilotprojekt mit 380 kV Wechselstrom (AC) realisiert wurde. Während bauzeitlich zur Zwischenlagerung des Bodenaushubs Baustreifen von bis zu 42 m benötigt werden, verbleiben nach dem Bau lediglich Schutzstreifen von maximal 11 m Breite. Die Mindestüberdeckung der Kabelschutzrohre beträgt 1,30 m, wobei für den Bau von Regel-Kabelgraben-Profilen nach DIN 4124 mit etwa 1,65 m tiefer Grabensohle ausgegangen wird. Bei erdverlegten Kabeln mit Kupfer- oder Aluminiumkern stellen für Planung und Bau wesentlichen Kriterien die Größe und das Gewicht der gerade noch transportierbaren Kabeltrommeln dar, auf denen zurzeit etwa Kabellängen von 800 - 1000 m aufgewickelt sind. Dies bedingt Kabelmuffen mit entsprechenden Trassenabständen, an denen die Kabelstücke miteinander zu verbinden sind. Erdverlegte Stromkabel werden im Allg. in Schutzrohren aus Kunststoff (HDPE) verlegt und können bei Beschädigung zwischen den Muffenstationen ausgewechselt werden. Bei erdverlegten Stromrohre werden - ähnlich wie beim Pipelinebau - zunächst einzelne Rohrstücke aus Aluminium miteinander verschweißt und dann in einen Graben verlegt, wodurch theoretisch "endlose" Stromrohre realisierbar wären. Siemens setzt hier auf gasisolierte Innenleiter aus Aluminium, die von einem gas- und druckdichten Schutz-/ Außenrohr umgeben ist. Der Innenleiter wird mittels Stützisolatoren zentrisch im Außenrohr gehalten. Bei Erdverlegung wird das Außenrohr mit einer Schutzhülle aus HDPE umgeben. Auch hier sind schon Pilotstrecken realisiert und unter Betrieb.
Die Verlegung von Kunststoffverbundmantelrohren (KMR) im Fernwärmeleitungsbau ausschließlich in zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) in der Leitungszone anstelle in Sand, ist weitgehend neu. Interesse an dieser Methode besteht aus technischer Sicht infolge höherer nachgewiesener Haltekräfte in Technikums- und Laborversuchen, die die Leitungsbewegungen reduzieren können. Es existiert jedoch noch kein praxistaugliches Berechnungsmodell bzw die Grundlagen hierfür. U.a. deswegen wird derzeit an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH.R) das Forschungsvorhaben "EnEff: Wärme - Innovative Fernwärmeverteilung - Einsatz fließfähiger Verfüllbaustoffe zur KMR-Verlegung, Arbeitspaket Bodenmechanik" durchgeführt. Es wird im Referat der Unterschied der axialen Bettung von KMR in ZFSV und Sand anhand einer analytischen Lösung vorgestellt. Diese erlaubt die Berechnung von Verschiebungen und Normalkräften für das KMR für die Bettung in ZFSV erfolgt dies unter Verwendung der mittels eines neuartigen Versuchs(behalters) Re-SIST nun bestimmbaren bisher unbekannten Kontaktwiderstandsarbeitslinie zwischen ZFSV und PE. Zur Verdeutlichung der Unterschiede bei Sand- und ZFSV-Bettung werden Ergebnisse einer vergleichenden Berechnung an einer sonst identischen KMR-Leitung vorgestellt. Diese zeigen, dass in ZFSV die Verschiebungen geringer ausfallen und weniger Leitungslange in Bewegung ist, was sich mit Beobachtungen an einer Fernwärmeleitung in Ulm deckt. Die Ausführungen gelten für das erstmalige Warmgehen.
District heating cost reduction efforts are amongst others focusing on the use of a new backfillmaterial. The OTH.R is investigating this material in regard to the engineering of buried district heating pipes.The main focus of this soil-structure interaction problem is axial bedding to reduce thermal induced elongations.The backfill material is characterized and an axial non-linear spring-based calculation method is described.Centerpiece of the method is the contact-working-resistance-line (CWRL).A new Rod-Shear-Test based testingdevice Re-SIST to investigate the CWRL for the new backfill material is presented. The investigated CWRL isdescribed and compared to the CWRL for sand, which is the conventional backfill material. Solutions using thespring-based calculation method are presented and a comparative example of calculation shows the differencein axial bedding when the new backfill material is used.
More and more generation facilities are installed far away from the load centers. Thus, long distance transmission is demanded, and with this regard DC transmission systems are of special interest. Transmission by overhead lines is a well-proven technology, but due to environmental concern and political decisions underground transmission systems are often requested. Besides DC cables, DC GIL are an interesting option. They enable transmitting high power by only one system in a small corridor only a few meters wide. GIL can be laid in a tunnel or directly buried in the soil. Meanwhile a lot of service experience has been collected with AC GIL technology, but no service experience is yet available with DC GIL. To close this knowledge gap and to investigate the long-term performance, a ±550 kV DC GIL prototype with a current carrying capacity of 5000 A is currently investigated in a HVDC test facility, both in directly buried and in above-ground installation. The test procedure follows the recommendations for long-term testing of gas-insulated systems, currently under preparation by Cigré JWG D1/B3.57. This report describes the test sample arrangements, the high-voltage and high current test equipment and the commissioning procedure for the DC GIL. It illustrates the UHF PD monitoring system installed and the method to identify possible PD defects. The investigated DC GIL is subdivided into two parts: While an above-ground installation is simultaneously stressed by voltage and DC current, a directly buried part of the DC GIL is stressed with DC current only in order to investigate soil mechanics, the temperature distribution in the GIL and in the soil as well as the performance of the backfill material. The report also presents first results gained on the directly buried arrangement for studying the soil mechanics.
At present DC transmission systems for long distance transmission are of special interest, particularly with regard to transmission systems that proved ability for directly buried installation. Some service experience has been collected with directly buried AC GIL technology, but none with directly buried DC GIL. First pilot projects with directly buried AC GIL were designed conservative regarding the mechanical GIL support and the maximum allowable current. The aim is to optimize the mechanical and thermal design of directly buried DC GIL to offer cost efficient transmission line solutions. Therefore, a ±550 kV DC GIL prototype with a current carrying capacity of 5000 A is currently investigated in a HVDC test facility, both in above-ground installation and a buried installation. This report presents results gained on the embedded installation for studying the soil mechanics and long-term thermic interaction with the backfill material and the adjacent soil. A DC GIL with a total length of 130 m is embedded in a temporarily flowable backfill (“TFB”) as re-use of the excavated soil on site, which minimizes transportation costs and energy use. TFB is characterized by high contact forces that restrain the DC GIL displacements and by stable thermal conductivity, which optimizes the heat transfer. In order to monitor the mechanical soil-structure-interaction (“SSI”), various temperatures and moisture content sensors were installed inside and around the DC GIL, in the TFB and the adjacent soil as well down to 4 m below the ground surface. Displacement and strain sensors measured the elongations and dilatations of the embedded enclosure tube. Compressive stresses caused by restrained displacements are monitored with load cells. A fiber optical cable is used to monitor the temperatures in the aluminum conductor, on top and at the base of the enclosure tube, as well as in the TFB and the sand cover layer and the adjacent soil. The measurements were completed with some single sensors for temperature, moisture content and porewater-tensions which were mainly concentrated nearby the DC GIL in the TFB and the cover layer. During 15 months, several load cycles impact on the embedded DC GIL. Each load cycle consists of a DC current feed of 5000 A for 4 weeks followed by another 4 weeks without current. Since the SSI is independent of voltage stress, this test is carried out with current only. After 4 load cycles only moderate temperatures are monitored at the enclosure tube and in the TFB, much lower as expected. Seasonal effects predominate the temperatures of the TFB, the cover layer and the adjacent soil, while the DC GIL generates only marginal increases. Moisture contents and porewater-tensions remain constant apart from some variations caused by rainfalls and vegetation cover. The elongation of the enclosure tube is shorter than 5 mm and the forces are lower than 500 kN. It can be concluded that the DC GIL with a current carrying capacity of 5000 A DC embedded in TFB shows temperature-rises far below the technical GIL limits after 4 load cycles. The TFB ensures high and stable heat conductivity and contact forces, thus restraining the GIL movement. The temperature-rises of the natural soil due to GIL heating are comparatively low in comparison to other effects like sun radiation. The TFB shows a good thermal and mechanical performance.
Instrumentation of full displacement pile like elements – at Keller called as vibro concrete columns (VCC) – is practically impossible due to utilisation of heavy deep vibro technique during the production and absence of any steel reinforcement. Thanks to cooperation between Keller and Faculty of Civil Engineering of OTH Regensburg a special procedure for post-instrumentation was developed that allows for the axial strain measurement in VCC during the loading tests. The instrumentation comprises among others optical fibre components. The procedure has been deployed on a test site during static as well as dynamic load tests. There were two different types of instrumentation implemented according to art of the load tests. Further there were robust piezometers installed in the soil in advance next to the VCC that allowed for continuous pore water pressure measurements during the load tests. Purpose of the instrumentation deployed is above all to obtain data for effective design of VCC.
It is state of technology in district heating systems to use sand as backfill material for district heating pipes (DHP). In conventional pipeline construction, Temporarily Flowable Backfill Materials (TFB) have been already used for backfilling the pipe zone. TFB consists of the excavated material, cement, water and optionally bentonite. Environmental and economic advantages are that the excavated material can be reused and that TFB requires no compaction. In order to embed district heating pipes in TFB, soil mechanical parameters of the TFB are required. Above all the resistance to temperature-induced axial displacement should be well-known in order to estimate the displacements of the DHP, as well as the stress distribution along the DHP. Compared to sand as a non-cohesive backfill TFB have remarkable adhesive contact stresses which result in considerable resistance forces.In this article, the contact behavior between TFB and DHP is described as well as the effect on the DHP statics. Therefore, the results of various laboratory tests are summarized and presented to understand the interface-resistance-characteristics (IRC) of the DHP/ TFB interface. Then, the deduced IRC was implemented in a computer program for some comparative calculations with sand and TFB. Finally, the results of cyclic loading are presented and discussed.
Zeitweise fließfähige, selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) sind zwar seit Jahrzehnten bei zahlreichen Gewerken im Einsatz - in der Fernwärmebranche hingegen sind sie bis heute erst in Ansätzen etabliert. Auf Grundlage einer Befragung von AGFW-Mitgliedem wurden Vorbehalte und Hindernisse identifiziert, die einer breiten Anwendung von ZFSV im Wege stehen. Im Rahmen eines anschließenden, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsvorhabens untersuchten der AGFW Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK, die Hochschule OTH.R und die GEF Ingenieur AG systematisch die fernwärmerelevanten Eigenschaften von ZFSV. Neben der Prüfung grundlegender Materialeigenschaften wurden hierbei auch Laborversuche sowie ein Feldversuch durchgeführt. Nach den bisherigen Erkenntnissen lassen sich die Ergebnisse aus den Laboruntersuchungen auf das Feld übertragen. Demnach erfüllt ZFSV die notwendigen Anforderungen, um bei richtiger Anwendung im Fernwärmeleitungsbau eingesetztzu werden. Für den Umgang mit ZFSV bieten die von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen erstellten "Hinweise für die Herstellung und Verwendung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen im Erdbau (H ZFSV)" eine gute Grundlage. Die darin enthaltenen Empfehlungen und Besonderheiten im Umgang mit ZFSV, die bereits Ansätze zu deren Einsatz im Fernwärmebereich liefern, wurden im Projekt berücksichtigt und im Abschlussbericht um die gewonnenen Erkenntnisse erweitert. Der Abschlussbericht des Forschungsvorhabens, der in Kürze veröffentlicht wird, wird vor allem die Fernwärmespezifischen Details zu notwendigen Anforderungen, entsprechenden Prüfverfahren sowie Besonderheiten im Baustellenablauf darstellen. Weiterhin wird ein Vorschlag für einen LV-Text (LV = Leistungsverzeichnis) erstellt, der ebenso im Abschlussbericht enthalten sein wird wie weitere Details zu bautechnischen, sicherheitstechnischen, ökologischen und ökonomischen Auswirkungen, die der Einsatz von ZFSV mit sich bringen kann.
Stabilisierungssäulen (StS) sind überwiegend hydraulisch abgebundene, unbewehrte, schlanke, pfahlartige Traggliede, deren Versagensmechanismen es nicht erlauben, die Widerstände gegen Versagen näherungsweise über "verschmierte Bodenparameter" - wie z. B. bei Rüttelstopfsäulen üblich - zu berücksichtigen. Der Arbeitskreis 2.8 - Stabilisierungssäulen der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik erarbeitet derzeit Empfehlungen zur Anwendung und rechnerischen Berücksichtigung von StS. Im vorliegenden Beitrag wird ein Ansatz zur Berücksichtigung aufstehender StS in einfach geschichteten Böden beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit sowie gegen Grundbruch vorgestellt. Der entwickelte Ansatz beruht im Wesentlichen auf Broms / Kivelö und ist mit dem EC 7 konform. Der Berechnungsablauf sowie die dazu nötigen Annahmen werden vorgestellt und erläutert. In einem abschließenden Berechnungsbeispiel wird der Nachweis gegen Grundbruch eines Streifenfundamentes unter Berücksichtigung von StS geführt.
Stabilisierungssäulen sind hydraulisch abgebundene und unbewehrte, schlanke, pfahlartige Tragglieder, welche in der Praxis zunehmend als ökonomische Alternative zu Tieferführungen, Pfahlgründungen oder Bodenaustauschmaßnahmen eingesetzt werden. Bei der Anwendung von Stabilisierungssäulen sind grundsätzlich zwei wesentliche Einsatzzwecke zu unterscheiden: Ableitung oberflächlicher Lasten in tieferliegende tragfähigere Schichten (Setzungsreduktion) vs. Erhöhung der Gesamtstandsicherheit (Böschungsbruch, Grundbruch). In beiden Fällen ist jedoch eine eingehende Berücksichtigung des Lastabtragungsverhaltens und der Interaktion zwischen Boden und Stabilisierungssäulen erforderlich. Aufgrund der im Vergleich zu konventionellen Pfählen geringeren Durchmesser sowie der fehlenden Bewehrung versagen die Tragglieder bereits bei geringen Querbeanspruchungen. Die beim Verlust der Gesamtstandsicherheit auftretenden Versagensmechanismen der Stabilisierungssäulen werden nicht durch die in den bestehenden Normen getroffenen Annahmen abgedeckt, wodurch in der Praxis verbreitete Ansätze, wie z. B. die Berücksichtigung der Stabilisierungssäulen über „verschmierte Bodenparameter“ den Beitrag der Tragglieder zumeist deutlich überschätzen. Im vorliegenden Beitrag wird die Wirkungsweise von Stabilisierungssäulen bei axialer und lateraler Beanspruchung erläutert und anschließend ein praxisnaher Ansatz aufgezeigt, wie Stabilisierungssäulen beim Nachweis gegen Grundbruch eines Streifenfundaments berücksichtigt werden können.
Stabilisierungssäulen (StS) sind überwiegend hydraulisch abgebundene, unbewehrte, schlanke, pfahlartige Tragglieder, deren Versagensmechanismen es nicht erlauben, die Widerstände gegen Versagen näherungsweise über „verschmierte Bodenparameter“ – wie z. B. bei Rüttelstopfsäulen üblich – zu berücksichtigen. Der Arbeitskreis 2.8 – Stabilisierungssäulen der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik erarbeitet derzeit Empfehlungen zur Anwendung und rechnerischen Berücksichtigung von StS. Im vorliegenden Beitrag wird ein Ansatz zur Berücksichtigung aufstehender StS in einfach geschichteten Böden beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit sowie gegen Grundbruch vorgestellt. Der entwickelte Ansatz beruht im Grundsatz auf Broms / Kivelö und ist mit dem EC 7 konform. Der Berechnungsablauf sowie die dazu nötigen Annahmen werden vorgestellt und erläutert. In einem abschließenden Berechnungsbeispiel wird der Nachweis gegen Grundbruch eines Streifenfundamentes unter Berücksichtigung von StS geführt.
Der wissenschaftliche Untersuchungsstand von Zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZSFV) unter Zugabe von Zement und/ oder Bentonit sowie Wasser zu Grundmaterial ist gering. Die OTH Regensburg (OTH.R) untersucht im Forschungsvorhaben EnEff systematisch verschiedene ZFSV für den Einsatz im Infrastrukturbau, speziell Fernwärmeleitungen. Neben der dort hauptsächlich interessierenden Kontaktmechanik zu axialen Temperaturdehnungsbehinderung werden bodenmechanische Eigenschaften und deren Zeitabhängigkeit untersucht. Im Beitrag werden nach einer einführenden Charakterisierung von ZFSV und kurzen Darstellung der Bedeutung der Zugabe von Zement und Bentonit Ergebnisse von bodenmechanischen Untersuchungen in Abhängigkeit des Materialalters und teilweise in Referenz zum Grundmaterial (hier: Boden) vorgestellt. Im Weiteren werden zwei auf ZFSV adaptierte, zementbasierte Prognosemodelle zur Vorhersage der zeitlichen Entwicklung der Druckfestigkeit vorgestellt.
Klimatische Veränderungen haben in den letzten Jahren zu einem starken Anstieg an Gebäudeschäden geführt, die häufig auf Setzung des Bodens infolge von Austrocknung zurückzuführen sind. Durch die Expansion säulenartiger PUR-Tragelemente unter den Fundamenten können derartige Setzungsschäden behoben werden. Im Rahmen eines Forschungsauftrags im Labor für Geotechnik der OTH Regensburg wurde durch Herstellung von PUR-Gründungselementen unter Laborbedingungen das Expansionsverhalten eines Zweikomponenten-PUR-Schaumes in Abhängigkeit verschiedener isotroper Druckverhältnisse untersucht. Zur Optimierung dieses Bauverfahrens wurden die Materialeigenschaften der expandierten Proben durch labortechnische Untersuchungen ermittelt und einfache Korrelationen zwischen Expansionswiderständen und Materialeigenschaften erstellt.
Pfahlartige Tragglieder haben häufig einen geringeren Durchmesser als Pfähle, binden im Fußbereich nur unwesentlich in tragfähige Schichten ein und sind zudem unbewehrt. Für die Nachweise der Tragfähigkeit und Gesamtstandsicherheit sind die Kenntnisse der aktivierbaren Widerstände und der Versagensarten von grundlegender Bedeutung, was die eingehende Berücksichtigung des Lastabtragungsverhaltens sowie der Interaktion zwischen Boden und unbewehrten, pfahlartigen Tragglieder unumgänglich macht. Im vorliegenden Beitrag werden zunächst mögliche Versagensmechanismen vorgestellt und erläutert. Danach wird aufgezeigt, unter welchen Bedingungen und Beanspruchungen der jeweilige Versagensmechanismus auftritt und welche Widerstände dabei aktiviert werden können. Anschließend wird deren Übertragbarkeit und Anwendung der auf unbewehrte, pfahlartige Tragglieder dargestellt und u.a. mittels FE-Berechnungen überprüft. Schwerpunktmäßig wird dabei die Interaktion zwischen unbewehrten, pfahlartigen Traggliedern und dem umgebenden Boden beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit behandelt.
Durch den Ausstieg aus der Verstromung fossiler Energieträger und der daraus resultierenden dezentralen Stromerzeugung ist ein Aus- bzw. Umbau des deutschen Übertragungsnetzes erforderlich. Weil aus der dezentralen Energieerzeugung große Trassenlängen resultieren, welche bei Wechselstrom zu Blindleistungsproblematiken führen, wird dort vermehrt auf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung zurückgegriffen. Im Rahmen des Forschungsprojekts DC CTL DBI (direct current compact transmission line – directly buried investigastions) wurde ein gasisolierte HGÜ-Leiter (GIL) erdverlegt und bei ständigem Monitoring über umfangreiche Sensorik einem Langzeitversuch unterzogen. Anstelle einer klassischen Sandbettung kam ein zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoff (ZFSV) zum Einsatz. Somit können Schäden an der Übertragungsleitung infolge Verdichtungsaufwand vermieden und gleichzeitig bessere Bodeneigenschaften hinsichtlich der Wärme- und Wassertransportprozesse erreicht werden.
Die Bodenverbesserung mit HybridInjection® der Firma URETEK Deutschland GmbH ist ein Injektionsverfahren, das speziell unter bestehenden Bauwerken als Nachgründung oder Gründungsverstärkung zum Einsatz kommt, welche auf sehr schlecht tragfähigem Untergrund gegründet sind. Dabei werden dünne, mit einem Geotextil umwickelte Stangen (Injektionslanzen Ø = 12 mm) in den Untergrund eingebracht und anschließend das Textil mit Hilfe eines speziellen Harzes expandiert. Dadurch wird der umliegende Boden durch Verdrängung überwiegend radial verdrängt und verdichtet. Zudem wirken die moderat steifen, säulenartigen Expansionskörpern als Lastabtragungselemente und entlasten den Boden dazwischen, womit sie als Bodenverbesserungssäulen eingeordnet werden können.
Ziel der gemeinsamen Forschungsarbeit ist es diesen Verbesserungseffekt messtechnisch zu erfassen und zu beziffern, um dadurch das Produkt wirtschaftlicher und auf die jeweilige Lastsituation anbieten zu können. Dazu wurde auf einem Versuchsfeld eine 6,0 m² große Stahlbetonplatte, welche das Fundament eines Gebäudes darstellen soll, mit Hilfe eines 1,5 MN-Hydraulikzylinders in verschiedenen Stufen belastet und die daraus resultierenden Setzungen des Bodens gemessen. Dies geschah zunächst ohne und anschließend mit vier, rechteckig unter der Betonplatte angeordneten Expansionskörpern der Firma URETEK.
Der Vorher-Nachher-Vergleich der verschiedenen Auswertungen zeigte, dass der Boden nach dem Einbau der HybridInjection® insgesamt deutlich steifer reagiert. Verglichen wurden dafür das Maß der Setzungen, die Kriechzahl in Anlehnung an die EA-Pfähle, der Verformungsmodul in Anlehnung an den Lastplattendruckversuch, Setzungen und E-Moduln in der Tiefe ermittelt aus Extensometermessungen und zuletzt die Schlagzahlen leichter Rammsondierungen. Die Verbesserungsfaktoren fallen recht unterschiedlich aus und belaufen sich auf Änderungen um bis zu + 68% im Vergleich zum Ausgangszustand ohne Bodenverbesserung.
Ein Ansatz zur Berücksichtigung pfahlartiger Tragglieder beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit
(2021)
Stabilisierungssäulen (StS) sind hydraulisch gebundene, pfahlartige Tragglieder und werden zur Reduzierung von Setzungen bzw. zur Erhöhung der Gesamtstandsicherheit angewandt. Aufgrund der fehlenden Bewehrung in Verbindung mit häufig geringen Durchmessern sind StS nicht zum planmäßigen Abtrag von Einwirkungen quer zur Traggliedachse geeignet. Der Beitrag erläutert das laterale Tragverhalten unbewehrter pfahlartiger Tragglieder. In einem Überblick werden typische Ansätze zur Berücksichtigung von StS beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit vorgestellt und es wird herausgearbeitet, dass die bestehenden Ansätze den Beitrag der Tragglieder meist unzutreffend berücksichtigen und häufig erheblich überschätzen. Es wird ein numerisches Strukturmodell vorgestellt, mit welchem das laterale Tragverhalten unbewehrter, hydraulisch gebundener, pfahlartiger Tragglieder untersucht wurde. Anhand systematischer Untersuchungen wird dargelegt, wie StS bei lateralen Gleitkörperbewegungen versagen und welche Versagensmechanismen zu erwarten sind. Die Aktivierung des Traggliedquerwiderstands wird für undrainierte Bedingungen anhand eines einfachen mechanischen Modells erläutert und es werden daraus grundsätzliche Hinweise zu Entwurf und Bemessung geotechnischer Konstruktionen mit StS abgeleitet. Schließlich werden zwei Ansätze zur Berücksichtigung von StS beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit im Gleitkreisverfahren nach Bishop vorgestellt und deren Anwendung anhand eines Schadensfalls aufgezeigt.
Neben den konventionellen Pfahlgründungen werden bei ungünstigen Baugrundverhältnissen oft pfahlartige Tragglieder verwendet, um den Anforderungen an Gebrauchstauglichkeit und Standsicherheit bei der Gründung von Bauwerken gerecht zu werden. Um Erkenntnisse über das Tragverhalten der Säulen zu erlangen, wurden Probebelastungen durchgeführt. Hierbei kamen statische und dynamische Probebelastungen zum Einsatz. Die Tragglieder wurden mit faseroptischer Messtechnik ausgestattet, um eine getrennte Ermittlung der Mantel- und Spitzenwiderstände zu ermöglichen. Die aus den Messungen gewonnenen Erkenntnisse zum Lastabtragungsverhalten zeigen, dass die pfahlartigen Tragglieder aufgrund ihrer Herstellung höhere Gesamt- und insbesondere Mantelwiderstände als Schneckenortbetonpfähle, die als Referenz mit gleichem Durchmesser und gleicher Einbindelänge in identischen Baugrundverhältnissen gefertigt wurden, aufweisen. Es wird gezeigt, dass praxisübliche Bemessungsverfahren das gemessene Last-Setzungs-Verhalten nur bedingt wiedergeben. Die Versuchsergebnisse stellen die Grundlage für zukünftige Anpassungen der Bemessungsverfahren für pfahlartige Tragglieder dar.
Die Ausrüstung vollverdrängter pfahlartiger Elemente – bei Keller Betonstopfsäulen (BSS) genannt – mit Messtechnik ist während der Herstellung wegen des Einsatzes schwerer Rütteltechnik und fehlender Stahlbewehrung praktisch unmöglich. In Zusammenarbeit von Keller und der Fakultät Bauingenieurwesen der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg wurde ein Verfahren zur nachträglichen Installation der Messtechnik entwickelt, das axiale Dehnungsmessungen in den BSS während der Probebelastungen ermöglicht. Die Ausrüstung besteht u. a. aus faseroptischen Komponenten. Das Verfahren wurde in situ an 1:1 Versuchen auf einem Testfeld sowohl bei statischen als auch dynamischen Probebelastungen umgesetzt. Es wurden zwei unterschiedliche Messtechniken gemäß der jeweiligen Art der Probebelastungen eingesetzt. Daneben wurden robuste Piezometer in den Boden eingebracht, die kontinuierliche Porenwasserdruckmessungen nahe der Säulen ermöglichen. Zweck der verwendeten Messtechnik war es vor allem belastbarere Ergebnisse für effektive Bemessungen der Stopfsäulen zu liefern.
Nach Einführung in die Thematik werden unter Berücksichtigung der EBGEO und des aktuellen Entwurfs des neuen Eurocodes 7, Teil 3 numerische Berechnungen zur Beanspruchung unbewehrter pfahlartiger Tragglieder/ Stabilisierungssäulen aufgrund von Spreizverformungen von Erddämmen durchgeführt. Dabei werden u.a. die Materi-aleigenschaften der Tragglieder und die Dehnsteifigkeiten eingelegter Geogitter variiert sowie deren Einflüsse auf die Verdrehung und Verbiegung der Tragglieder aufgezeigt.
Als Alternative zur konventionellen Bettung von Leitungen und Rohren in Sand werden immer häufiger Zeitweise fließfähige, Selbstverdichtende Verfüllbaustoffe (ZFSV) verwendet. Die Bettung in ZFSV kann zu einer Zeit- und Kostenersparnis führen. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die Verwendung von ZFSV zur Rohrgrabenverfüllung gegenüber der konventionellen Sandbettung neben der Schonung der natürlichen Ressourcen zusätzlich ein Einsparpotenzial bezüglich der Treibhausgasemissionen aufweist.
Nach Einführung in die Thematik werden unter Berücksichtigungen der EBGEO und des aktuellen Entwurfs des neuen Eurocodes 7, Teil 3 numerische Berechnungen zur Beanspruchung unbewehrter pfahlartiger Tragglieder / Stabilisierungssäulen aufgrund von Spreizverformungen von Erddämmen durchgeführt. Dabei werden u.a. die Materialeigenschaften der Tragglieder und die Dehnsteifigkeiten eingelegter Geogitter variiert, sowie deren Einflüsse auf die Verdrehung und Verbiegung der Tragglieder aufgezeigt.
Stabilisierungssäulen mit darüberliegender Lastverteilungsschicht stellen eine wirtschaftliche, technisch sichere Alternative zur klassischen Tiefgründungen dar. Dabei ist eine möglichst genaue Kenntnis über die Aufteilung der Lasten zwischen Säulen und Weichschicht erforderlich. Für die Quantifizierung der Lastverteilung wurden schon eine Vielzahl an Berechnungsansätze entwickelt. Zunächst wird eine Auswahl an Ansätzen vorgestellt, die eine direkte Berechnung der Lastumlagerung ermöglichen. Diese Berechnungsansätze werden anhand der zu Grunde liegenden Modelle und Randbedingungen sowie der prognostizierten Lastumlagerung verglichen. Anschließend werden die direkten Ansätze mit Berechnungen der Last-Transfer-Methode und der Finite-Element-Methode verglichen. Abschließend wird detailliert auf die FE-Berechnungen, insbesondere die Lastumlagerung für Lastverteilungsschichten geringer Mächtigkeiten, eingegangen. Dabei konnte eine sehr gute Übereinstimmung des vorgestellten Ansatzes mit den Ergebnissen der Finite-Element-Methode erzielt werden.
Der Einbau mineralischer, granularer Lasttransferschichten (LTS) zwischen einem Bau-werk und einer Tiefgründung z. B. aus pfahlartigen Traggliedern (PTG) beeinflusst erheb-lich die Lastaufteilung auf die PTG und den zumeist weichen Boden dazwischen. Eine genaue Kenntnis über die Lastaufteilung ist für die Bemessung der LTS und PTG, aber auch des darauf gegründeten Bauwerks erforderlich. Für die Quantifizierung der Lastauf-teilung wurden eine Vielzahl an Berechnungsansätzen entwickelt, welche zumeist auf Modell- oder Großversuchen basieren, aus deren Ergebnissen analytische Ansätze entwi-ckelt wurden. Zunächst werden ausgewählte Berechnungsansätze zur Lastaufteilung vor-gestellt, dann mit Hilfe von Finite-Element-Berechnungen der Einfluss verschiedener Parameter auf die Lastaufteilung veranschaulicht und diskutiert. Für geringe Dicken der LTS ergibt sich dabei eine hohe Übereinstimmung der FE-Berechnungen mit einem Durchstanzmechanismus. Ab einer bestimmten Dicke der LTS, abhängig von ver-schiedensten Randbedingungen, bildet sich in den FE-Berechnungen ein Gewölbe aus. Das Einstanzen der PTG in die LTS kann dann durch einen Grundbruchmechanismus beschrieben und als obere Begrenzung der Lastumlagerung auf die PTG angesehen wer-den. Anhand zahlreicher Vergleichsberechnungen konnte gezeigt werden, dass die beiden Mechanismen Durchstanzen und Grundbruch in sehr vielen Fällen ausreichen, um die Lastaufteilung auch ohne FE-Berechnungen abzuschätzen.