Die Anwendung numerischer Methoden beschränkt sich in der Geotechnik derzeit zumeist auf die Prognose des Verformungsverhaltens von Bauwerken im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit. Der Grenzzustand der Tragfähigkeit wird unter Berücksichtigung numerischer Methoden, z. B. der Finite‐Elemente‐Methode bisher nur in Ansätzen (z. B. bei homogenen Böschungen und kombinierter Pfahl‐Plattengründung) behandelt. In dem vorliegenden Beitrag wird daher die Grundlage für die Anwendung einer ganzheitlichen Methode zur parallelen Festigkeitsreduktion an Strukturelementen und einer Abminderung der Scherparameter des Bodens diskutiert.In einer ersten Parameterstudie wird ein auf der Programmiersprache Python basierendes Skript zur Reduktion der Scherparameter des Bodens durch einen Abgleich mit anerkannten Methoden zur Berechnung der Standsicherheit von Böschungen verifiziert. Anschließend werden die Anwendungsmöglichkeiten des Python‐Skripts so erweitert, dass in einer zweiten Parameterstudie die Festigkeitsparameter von Strukturelementen innerhalb einer stabilitätsgefährdeten Böschung reduziert werden können. Auf Grundlage dessen erfolgt eine Beurteilung über den wahrscheinlichen ersten Versagensmechanismus (Boden‐ oder Strukturversagen). Zum Abschluss werden die Ergebnisse der beiden Parameterstudien unter Berücksichtigung einer numerischen Nachweisführung in einen kausalen Kontext gebracht und zukünftige Forschungsansätze diskutiert.
The use of numerical simulations in geotechnical engineering today is often limited to the investigation of the serviceability limit state (SLS). Therefore, the main focus up to now was more on the deformation prognosis for geotechnical constructions than the geotechnical design itself. Nevertheless, numerical methods like the Finite-Element-Method (FEM) for example can be a valuable tool to investigate the bearing capacity of geotechnical structures as well. E.g. existing structures which cannot be calculated using classical analytical approaches can be investigated with numerical simulations to estimate the remaining bearing capacity. In the present paper, the use of numerical methods for the design of geotechnical structures will be discussed. First, the approved ϕ - c reduction method is recalculated and verified with the help of a script based on the Python programming language. Afterwards, the Python script is extended so that the diameter of an Embedded Beam Row element can be successively reduced automatically similar to the ϕ - c reduction. Finally, a short outlook is given in which direction the research project should proceed.
Die Anwendung der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) hat sich in der Geotechnik in den letzten Jahrzehnten zur Prognose von auftretenden Verformungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS) etabliert. Standsicherheitsnachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) werden in der Praxis nur bedingt unter Verwendung der FEM geführt und sind aktuell noch Stand der Forschung. Durch die Neuordnung des Eurocodes 7 sollen zukünftig numerische Methoden hinsichtlich der Anwendung im ULS normativ geregelt werden. Offen hierbei ist bisher der Umgang mit den zusätzlich erforderlichen Nachweisen des deutschen Nationalen Anhangs und der DIN 1054. Im vorliegenden Beitrag wird diesbezüglich eine Vorgehensweise zur numerischen Nachweisführung gegen Versagen bodengestützter Wände durch Drehung (bzw. Nachweis gegen Versagen des Erdwiderlagers) vorgestellt. In Anlehnung an die bereits etablierte Festigkeitsreduktionsmethode wird hierbei so vorgegangen, dass die Wichte des Bodens und die Kohäsion auf der Erdwiderstandsseite bis zum Erreichen eines Bruchzustands reduziert werden. Auf Grundlage dessen wird ein Sicherheitsfaktor für die vorhandene Einbindetiefe der Verbauwand definiert und darüber der Nachweis im ULS geführt. Im Anschluss erfolgt ein Vergleich mit dem analytischen Nachweisverfahren, womit Systemreserven durch die Verwendung der FEM identifiziert werden.
Der Einsatz der Finite‐Elemente‐Methode (FEM) zur Bemessung und Nachrechnung von geotechnischen Konstruktionen nimmt stetig zu. Sowohl bei Böschungen als auch Verbauwänden werden die Vorteile der FEM bereits zur Ermittlung der Verformungen und Beanspruchungen der Bauwerke im Gebrauchszustand (SLS) genutzt. Die Anwendung im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) ist für Verbauwände, wie Baugruben und Kaimauern, aktuell noch Stand der Wissenschaft. Durch eine erweiterte Festigkeitsreduktion, bei der zusätzlich zu den Scherparametern des Bodens die Bauteilfestigkeit reduziert wird, wird im Rahmen der hier durchgeführten Untersuchungen der Einfluss der Konstruktion berücksichtigt. Neben der Bauteilfestigkeit spielen weitere Parameter, wie die äußere Tragfähigkeit von Ankern bzw. Zugpfählen oder die Kontaktreibung zwischen Boden und Bauteil eine Rolle bei der Ermittlung des maßgebenden Versagensmechanismus. Mithilfe eines eigens programmierten Python‐Skripts wird die in Plaxis 2D implementierte Festigkeitsreduktion nachgebildet und exemplarisch an einer ausgesteiften Baugrube sowie einer rückverankerten Kaimauer angewendet und verifiziert. Durch die Erweiterung der mittels Python‐Skript implementierten Festigkeitsreduktion um zusätzliche Parameter, die relevant für die globale Standsicherheit geotechnischer Konstruktionen sind, wird deren Einfluss auf die Standsicherheitsberechnung und der resultierenden Versagensmechanismen untersucht.
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