Erddruck (E-Book) von Achim Hettler

Vorwort xi

1 Einführung1

2 Geschichte der Erddrucktheorie3

2.1 Stützmauern im Festungsbau 5

2.2 Erddrucktheorie als Gegenstand des Militaringenieurwesens 9

2.2.1 Am Anfang war die schiefe Ebene 10

2.2.2 Von der schiefen Ebene zur Keiltheorie 19

2.2.3 Charles Augustin Coulomb 23

2.2.4 Ein Magazin für Ingenieuroffiziere 34

2.3 Erweiterungen der Coulombschen Erddrucktheorie 36

2.3.1 Die Trigonometrisierung der Erddrucktheorie 36

2.3.2 Der geometrische Weg 44

2.4 Der Beitrag der Kontinuumsmechanik 54

2.4.1 Das hydrostatische Erddruckmodell 55

2.4.2 Die neue Theorie des Erddrucks 57

2.5 Die Erddrucktheorie von 1875 bis 1900 67

2.5.1 Coulomb oder Rankine? 68

2.5.2 Erddrucktheorie als Gewölbetheorie 69

2.5.3 Erddrucktheorie à la francaise 71

2.5.4 Kötters mathematische Erddrucktheorie 75

2.6 Experimentelle Erddruckforschung 78

2.6.1 Vorlaufer der experimentellen Erddruckforschung 79

2.6.2 Erddruckversuche an der Versuchsanstalt für Statik der Baukonstruktion der TH Berlin 82

2.6.3 Fehlerdiskussionen in der Endlosschleife 85

2.6.4 Entstehung der Bodenmechanik 87

2.7 Erddrucktheorie in der Disziplinbildungsperiode der Geotechnik 94

2.7.1 Terzaghi 97

2.7.2 Rendulic 99

2.7.3 Ohde 100

2.7.4 Irrungen und Wirrungen 101

2.7.5 Ein publizistischer Schnellschuss 103

2.7.6 Grundbau und Bodenmechanik =Geotechnik 104

2.8 Erddrucktheorie in der Konsolidierungsperiode der Geotechnik 109

2.8.1 Neue Subdisziplin der Geotechnik 110

2.8.2 Erddruckbestimmung in der praktischen Baustatik 112

2.9 Erddrucktheorie in der Integrationsperiode der Geotechnik 116

2.9.1 Computergestützte erdstatische Berechnungen 118

2.9.2 Geotechnische Kontinuumsmodelle 119

2.9.3 Von der Kunst des Schatzens 123

2.9.4 Die Geschichte der Geotechnik als Gegenstand der Bautechnikgeschichte 125

3 Methoden zur Ermittlung des Erddrucks145

3.1 Übersicht und Schrankentheoreme 145

3.1.1 Übersicht über Methoden 145

3.1.2 Obere und untere Schranken 146

3.2 Kinematische Methoden beim aktiven Erddruck 147

3.3 Kinematische Methoden beim passiven Erddruck 150

3.4 Statische Methoden 154

3.4.1 Grundlagen 154

3.4.2 Rankine-Lösung 155

3.4.3 Theorie von Boussinesq/Résal/Caquot 157

3.4.4 Lösung von Pregl/Sokolowski 157

3.4.5 Verfahren von Goldscheider 157

3.4.6 Ansatz von Patki/Mandal/Dewaikar 159

3.5 Versuche und Messungen 161

3.5.1 Grundlagen und Modellgesetze 161

3.5.2 Auswertung von Versuchsergebnissen und Anwendung von Modellgesetzen 163

3.5.3 Beispiel: Ebener aktiver Erddruck aus Bodeneigengewicht 165

3.5.4 Beispiel: Ebener passiver Erddruck aus Bodeneigengewicht 166

3.5.5 Beispiel: Raumlicher Erdwiderstand vor Bohltragern 170

3.5.6 Beispiel: Raumlicher Erdwiderstand vor quadratischen Ankerplatten 170

3.5.7 Weitere Beispiele 172

3.6 Finite-Elemente-Methode 174

3.6.1 Allgemeines 174

3.6.2 Beispiele 175

4 Ebener aktiver Erddruck193

4.1 Grundsatzliche Überlegungen 193

4.2 Bodeneigengewicht, großflachige Gleichlasten und Kohasion 195

4.2.1 Senkrechte Wand, waagerechtes Gelande, waagerechter Erddruck 196

4.2.2 Senkrechte Wand, waagerechtes Gelande, geneigter Erddruck 196

4.2.3 Allgemeiner Fall 197

4.3 Kohasion, rechnerische Zugspannungen und Mindesterddruck 197

4.3.1 Ermittlung des klassischen Erddrucks 198

4.3.2 Mindesterddruck bei Vergleich der Erddruckresultierenden 199

4.3.3 Mindesterddruck bei Vergleich der Erddruckordinaten 200

4.3.4 Mindesterddruck und Auflasten 200

4.4 Vertikale Linien- und Streifenlasten 201

4.4.1 Einführung 201

4.4.2 Gleitflache aus Bodeneigengewicht maßgebend 202

4.4.3 Untersuchung bei beliebigem Gleitflachenwinkel 204

4.5 Horizontale Linien- und Streifenlasten 207

4.6 Geschichteter Boden 207

4.7 Geknickter Gelandeverlauf 209

4.8 Geknickte Wandflachen 210

4.9 Verteilung des aktiven Erddrucks 211

5 Erdruhedruck213

5.1 Bodeneigengewicht und großflachige Gleichlasten 213

5.1.1 Waagerechtes Gelande 213

5.1.2 Geneigtes Gelande 215

5.2 Punkt-, Linien- und Streifenlasten 217

6 Ebener passiver Erddruck223

6.1 Grundsatzliche Überlegungen 223

6.2 Eigengewicht, großflachige Gleichlasten und Kohasion bei Parallelbewegung 225

6.2.1 Ebene Gleitflachen 225

6.2.2 Pregl/Sokolowski 227

6.2.3 Vergleich 228

6.3 Drehung um den Kopf- oder den Fußpunkt 228

6.4 Verteilung des passiven Erddrucks 230

7 Raumlicher aktiver Erddruck233

7.1 Grundsatzliche Überlegungen 233

7.2 Kreiszylindrische Flachen 235

7.3 Stützwande quer zur Böschung 237

8 Raumlicher passiver Erddruck243

8.1 Übersicht 243

8.2 Fußwiderstand vor Bohltragern nach Weißenbach 244

8.3 Verfahren nach DIN 4085 für begrenzte Wandabschnitte 246

9 Einfluss des Grundwassers auf den Erddruck249

9.1 Ruhendes Grundwasser 249

9.2 Strömendes Grundwasser 249

9.3 Spaltwasserdrücke 251

10 Verdichtungserddruck253

11 Winkelstützwande257

12 Silodruck261

13 Dynamische Beanspruchungen263

14 Sonderfalle265

14.1 Wiederholte quasistatische Beanspruchungen 265

14.2 Rohrleitungen 267

14.3 Fließdruck auf Pfahle 268

14.4 Kriechdruck 268

14.5 Quelldruck 268

14.6 Stark geklüfteter Fels 269

14.7 Aktiver Erddruck in Erdkörpern 269

15 Mobilisierung des Erddrucks273

15.1 Übersicht 273

15.2 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des aktiven Erddrucks 274

15.3 Grenzwerte der Verschiebung bei Erreichen des passive Erddrucks 274

15.4 Mobilisierungsfunktionen 274

15.4.1 Mobilisierter aktiver Erddruck 274

15.4.2 Mobilisierter passiver Erddruck 277

15.4.3 Raumlicher mobilisierter passiver Erddruck 280

16 Anwendungshinweise283

16.1 Erddruckneigung und Wandreibungswinkel 283

16.2 Ansatz des Erddrucks in Abhangigkeit der Verschiebung 285

16.3 Erddruckumlagerung 288

16.4 Erddruck als günstige Einwirkung 289

17 Kommentar zu DIN 4085:2017-08291

17.1 Übersicht 291

17.2 Aktiver Erddruck 291

17.3 Passiver Erddruck 293

17.4 Erddruck aus Verdichtung 294

17.5 Raumlicher Erddruck 294

17.6 Hinweise zu Beiblatt DIN 4085:2018-12 295

18 Vierzig ausgewahlte Kurzbiographien297

Anhang A Begriffe, Formelzeichen und Indizes 383

Anhang B Erddrucktabellen 387

Das Thema Erddruck gehört zu den ältesten und umfangreichsten Kapiteln der Bodenmechanik und des Grundbaus und ist eine der Säulen des konstruktiven Ingenieurbaus. Eingangs wird die Entwicklung der Erddrucktheorie ausführlich beschrieben. Die Darstellungen reichen von den ersten Ansätzen der Erddruckbestimmung über kontinuumsmechanische Erddruckmodelle bis zur Integration der Erddruckforschung in das disziplinäre Gefüge der Geotechnik.
Der Hauptteil des Buches umfasst eine Auswahl aktueller Berechnungsgrundlagen. Ziel ist es, den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung zu stellen. Um das theoretische Verständnis zu wecken, werden zunächst die wesentlichen Grundlagen zur Ermittlung des Erddrucks vorgestellt. Anschließend werden die für die Praxis wichtigsten Verfahren zum aktiven und passiven Erddruck sowie zum Erdruhedruck behandelt. Dabei werden auch räumliche Wirkungen berücksichtigt. Ein Anliegen ist es, in knapper Form auch Hinweise zu nicht alltäglichen Fragestellungen zu geben und auf weiterführende Literatur zu verweisen. In den letzten Jahren ist immer mehr die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks in den Blickpunkt getreten. Dies betrifft nicht nur den passiven, sondern auch den aktiven Fall.
An den DIN-Ausschuss "Berechnungsverfahren" wurden immer wieder Fragen herangetragen. Eine Auswahl davon wird im Kommentar zu DIN 4085 behandelt, der auch Hinweise zu den Beispielen im Beiblatt zu DIN 4085 gibt, das im September 2018 erschienen ist.
Zur Geschichte der Erddrucktheorie gehören 40 ausgewählte Kurzbiographien von Wissenschaftlern und Ingenieuren in der Praxis, die das Thema über die Jahrhunderte immer wieder aufgegriffen und weiterentwickelt haben. Ergänzt wird das Buch durch zwei Anhänge mit Begriffen, Formelzeichen und Indizes sowie Erddrucktabellen.

Prof. Hettler leitete bis 2018 den Lehrstuhl Baugrund-Grundbau an der TU Dortmund. Er ist Mitglied einiger Normenausschüsse, unter anderem Obmann von DIN 4085 "Baugrund - Berechnung des Erddrucks", sowie Autor des Buches "Gründung von Hochbauten", der Kapitel "Erddruck" und "Baugruben" im Grundbau-Taschenbuch und Koautor des Buches "Der Bausachverständige vor Gericht".
Dr.-Ing. Karl-Eugen Kurrer begann Mitte der 1980er-Jahre mit der Entwicklung des wissenschaftshistorisch akzentuierten Ansatzes der Bautechnikgeschichte für die Baustatik, der später zum Konzept einer Historischen Technikwissenschaft verallgemeinert wurde. Seit 1996 ist er Leiter des VDI-Arbeitskreises "Technikgeschichte" in Berlin und Begründer einer Vortragsreihe am Deutschen Technikmuseum Berlin. Von 1996 bis 2018 war er als Chefredakteur beim Verlag Ernst& Sohn tätig.