Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugrunddynamik"

Die in dem Sammelband "Empfehlungen des Arbeitskreises 1.4 Baugrunddynamik" der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V. (DGGT) zusammengefassten Empfehlungen haben das Ziel, das Vorgehen bei baugrunddynamischen Aufgaben zu vereinheitlichen. Ferner geben Sie Hinweise, wie durch angemessene baugrunddynamische Untersuchungen die Beeinträchtigung von Einrichtungen, Schäden an Bauwerken und Anlagen sowie störende Umwelteinwirkungen auf Menschen und Geräte vermieden werden können. Die vorliegenden Empfehlungen stellen den neuesten Stand von Wissenschaft und Technik auf dem Gebiet der Baugrunddynamik dar. Sie beruhen auf gesicherten Erkenntnissen, die einen empirischen Nachweis einschließen, d. h. es liegen für diese Empfehlungen auch praktische Erprobungen vor. Sie sind daher Bestandteil der "allgemein anerkannten Regeln der Technik". Für die vorliegende zweite Ausgabe wurden die Empfehlungen erneut umfangreich überarbeitet und um zwei Teile ergänzt.

Der AK 1.4 Baugrunddynamik mit derzeit rund 20 Mitgliedern gehört zur Fachsektion Bodenmechanik der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V. und ist seit 1980 aktiv. Die Empfehlungen werden in Unterausschüssen erarbeitet und mit verwandten Arbeitskreisen, z.B. AK Pfähle, abgestimmt.

Vorwort des Obmanns des Arbeitskreises v Mitglieder des Arbeitskreises vii E1 Wellenausbreitung im Baugrund 1 1 Grundlagen 1 2 Wellenarten in homogenen, inhomogenen und geschichteten Medien 1 2.1 Vorbemerkungen 1 2.2 Raumwellen 2 2.3 Oberflächenwellen 3 3 Lage der Schwingungsquelle 4 3.1 Quelle an der Oberfläche 4 3.2 Quelle im Untergrund 6 4 Weitere Einflüsse 6 4.1 Materialdämpfung 6 4.2 Inhomogenitäten 7 4.3 Einschlüsse und Oberflächenmorphologie 12 Literatur 13 E2 Bodendynamische Kennwerte 15 1 Baugrundmodell 15 1.1 Voraussetzungen und Anwendungsgrenzen 15 1.2 Kenngrößen 15 2 Ermittlung der bodendynamischen Kennwerte 16 2.1 Ermittlung aus bodenmechanischen und bodenphysikalischen Kennwerten 16 2.1.1 Schubmodul bei dynamischer Beanspruchung Gd 16 2.1.2 Dichte des Bodens 21 2.1.3 Querdehnzahl 21 2.1.4 Materialdämpfung 22 2.2 Bestimmung aus bodendynamischen Versuchen 23 2.2.1 Vorbemerkungen 23 2.2.2 Feldversuche 24 2.2.2.1 Allgemeines 24 2.2.2.2 Wellengeschwindigkeiten 24 2.2.2.3 Refraktionsseismik 25 2.2.2.4 Bohrloch-Messungen 25 2.2.2.5 Seismische Drucksonden-Messungen (S-CPT) 26 2.2.2.6 Rayleighwellen-Dispersionsmessung 26 2.2.2.7 Seismische Analyse von Oberflächenwellen (SASW) 28 2.2.2.8 Korrelationen aus statischen Feldversuchen 28 2.2.3 Laborversuche 28 2.2.3.1 Allgemeines 28 2.2.3.2 Zyklische Versuche 28 2.2.3.3 Dynamische Versuche 30 2.2.3.4 Durchschallungsmessungen und Piezo-Biegeelement-Messungen (bender elements) 30 2.2.4 Anwendungsbereiche der Versuchsverfahren 31 2.2.5 Mindestanforderungen 31 3 Anwendungsbeispiele 33 3.1 Bestimmung dynamischer Bodenkennwerte aus einem geotechnischen Bericht 33 3.2 Feldversuche 35 3.2.1 Beispiel für seismische Drucksondenmessungen (S-CPT) 35 3.2.2 Beispiel für eine Korrelation aus Drucksondenmessungen (CPT) 37 3.3 Laborversuche 37 3.3.1 Beispiel für einen zyklischen Triaxialversuch 37 3.3.2 Beispiel für einen zyklischen Einfach-Scherversuch 38 3.3.3 Beispiel für einen Resonant-Column-Versuch 39 3.3.4 Beispiel für Piezoelement-Messungen 40 Literatur 42 E3 Dynamisch belastete starre Fundamente 45 1 Allgemeines 45 2 Voraussetzungen und Berechnungsverfahren 47 2.1 Annahmen 47 2.2 Direkte Erregung 47 2.3 Indirekte Erregung 51 2.3.1 Oberflächenfundamente 51 2.3.2 Eingebettete Fundamente 52 2.4 Notation und Bezugsgrößen 52 3 Homogener Baugrund 53 3.1 Frequenzunabhängige Federsteifigkeiten und Dämpfungen 53 3.1.1 Kreisförmige Oberflächenfundamente 53 3.1.2 Kreisförmige eingebettete Fundamente 55 3.1.3 Rechteckförmige Oberflächenfundamente 55 3.1.4 Rechteckförmige eingebettete Fundamente 57 3.2 Frequenzabhängige Federsteifigkeiten und Dämpfungen 59 3.2.1 Kreisförmige Fundamente 59 3.2.2 Rechteckförmige Fundamente 62 4 Inhomogener Baugrund 72 4.1 Einfluss der Gründungslasten 73 4.2 Kontinuierliche Steifigkeitszunahme und Steifigkeitssprünge 73 5 Abschätzung des Einflusses weiterer Parameter 77 5.1 Querdehnzahl 77 5.2 Streifenfundamente 78 6 Sensitivität der Fundamentschwingungen 78 7 Berechnungsbeispiele 79 7.1 Vorbemerkungen 79 7.2 Vertikale Schwingungen am starren Rechteckfundament 79 7.3 Gekoppelte Horizontal- und Kippschwingungen eines starren Rechteckfundamentes 86 7.3.1 Berechnung mit Berücksichtigung der Einbettung 86 7.3.2 Berechnung ohne Berücksichtigung der Einbettung 96 7.3.3 Vergleich der Berechnungen mit und ohne Berücksichtigung der Einbettung 101 7.4 Durch Bodenschwingungen erregtes Rechteckfundament (Indirekte Erregung) 101 Literatur 104 E4 Bleibende Verformungen 107 1 Grundlagen der Akkumulation bleibender Verformungen 107 2 Näherungsweise Ermittlung bleibender Verformungen im Boden 109 2.1 Allgemeiner Überblick 109 2.2 Ermittlung der zyklischen Schubspannungen und Scherdehnungen 111 2.3 Labor- und Feldversuche 112 2.4 Ermittlung bleibender Dehnungen in feinkörnigen, bindigen Böden 113 2.5 Ermittlung bleibender Dehnungen in nicht-bindigen Böden 114 2.6 Ermittlung bleibender Dehnungen mit dem HCA-Modell für Sand 115 2.7 Ermittlung der Setzungen von Flachfundamenten infolge zyklischer Einwirkungen 118 3 Bauwerksschäden durch indirekte Erregung - Weitere Phänomene 118 4 Berechnungsbeispiele 121 4.1 Bleibende Setzung eines Maschinenfundamentes 121 4.2 Setzung eines durch Bodenschwingungen erregten Rechteckfundamentes 131 Literatur 141 E5 Dynamisch belastete Pfahlgründungen 143 1 Vorbemerkungen 143 2 Einzelpfahl 144 2.1 Definitionen und Annahmen 144 2.1.1 Dynamische Vertikal- und Torsionssteifigkeit 145 2.1.2 Dynamische Horizontal- und Kippsteifigkeit 152 3 Pfahlgruppen 160 4 Bemerkungen zur Anwendung und weitere Näherungen 165 5 Beispielanwendungen 166 5.1 Leitfaden für den Anwender für vertikale Anregung 166 5.2 Beispiel 1 167 5.3 Beispiel 2 168 Literatur 173