Analyse des Langzeitverhaltens einer Spundwandkonstruktion in einem überkonsolidierten Ton

Vittinghoff, Teja

An Böschungen und Geländesprüngen in überkonsolidierten Tonen lassen sich immer wieder Schadensfälle beobachten. Ein äußeres Zeichen der Versagensvorgänge sind horizontale Bewegungen, die oft erst nach Jahren auftreten. Die zeitvariante Entwicklung der Verschiebungen resultiert aus einer Festigkeitsreduktion der Tone. Der Festigkeitsverlust wird durch einen negativen Porenwasserdruck beeinflußt, der auf einem osmotischen und/oder einem Matrixpotential beruht und durch Wasseraufnahme verringert wird. Zur Beschreibung des Langzeitverhaltens einer Spundwandkonstruktion im überkonsolidierten Kreideton wird ein phänomenologisches Bodenmodell formuliert. Da sich, wie Versuche zeigen, die Konsolidationstheorie von Terzaghi nicht auf den gesättigten Ton im Saugspannungszustand übertragen läßt, wird das Bodenmodell für Effektivspannungen angegeben. Das Modell basiert auf einem elastoplastischen, isotrop entfestigenden Stoffgesetz in Kopplung mit einem Kriechgesetz. Mit speziell entwickelten Laborgeräten werden die für das Modell benötigten saugspannungsabhängigen Bodenkennziffern bestimmt. Ein Bauwerksmonitoring dient zur Gewinnung von Meßdaten in situ. Nach Implementierung des Bodenmodells in ein Finite- Elemente-Programm wird das Langzeitverhalten der Spundwandkonstruktion simuliert. Die Verifikation des Tragwerksmodells und des phänomenologischen Bodenmodells erfolgt durch den Vergleich von Berechnungsergebnissen mit gemessenen Labor- und Bauwerksdaten.

Evidence of damage can be observed time and time again at embankments and retaining walls in over- consolidated clays. Horizontal movements, which often don't appear until years later, are an external sign of internal processes of deterioration. The development of such displacements results from a softening of the clays. The loss of strength is influenced by a negative pore-water-pressure, which depends on an osmotic and/or a matrix potential and is reduced by the absorption of water. A phenomenological soil model is formulated in order to analyse the long-term behaviour of a sheet-pile- construction in an over-consolidated clay. The soil model is stated for effective stresses, since the consolidation theory by Terzaghi can' t be transferred to saturated clay in a suction-stress-state, as is shown in laboratory tests. The model is based on an elastic-plastic, isotropic hardening material law combined with a creep model. A set of soil-parameters, which depend on the suction-stress-state, are determined using specially developed laboratory equipment. Data are gathered in situ by monitoring the construction. After implementation of the soil model into a Finite Element Program, the long-term behaviour of the sheet-pile-construction is being simulated. The Finite Element Model of the structure and the phenomenological soil model are verified by comparing the results of the calculations with the measured laboratory- and construction-data.

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Vittinghoff, Teja: Analyse des Langzeitverhaltens einer Spundwandkonstruktion in einem überkonsolidierten Ton. 2002.

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