Abstrakt Zur Prognose langfristiger Verformungen von Hafeninfrastruktur unter hochzyklischer Belastung sind validierte numerische Modelle bislang nur eingeschränkt verfügbar. Insbesondere die explizite numerische Abbildung der Struktur‐Boden‐Interaktion von Kaimauern unter zyklischer Beanspruchung liegt bisher nur in begrenztem Umfang vor. In diesem Beitrag werden eine Methodik zur inversen Bestimmung schwer zugänglicher Stoffparameter sowie zur Langzeitprognose zyklisch belasteter Kaimauern vorgestellt und deren Limitationen diskutiert. Am Beispiel der Athabaska‐Kaimauer werden 2D Finite‐Elemente‐Analysen in PLAXIS durchgeführt. Der Baugrund wird mithilfe eines hypoplastischen Stoffmodells mit intergranularer Dehnung und dem HCA‐Modell beschrieben. Die Stoffparameter werden invers durch die Kopplung numerischer Simulationen mit der Partikelschwarmoptimierung (PSO) identifiziert. Als Vergleichsgrundlage dienen gemessene horizontale Kaimauerverschiebungen aus den Jahren 1996 und 2024. Die Ergebnisse mit R 2 = 0,92 zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Messungen. Prognoserechnungen über einen 50 Jahreszeitraum zeigen eine Verformung von etwa 10,3 cm und zum Ende des Betrachtungszeitraums eine abnehmende Verformungsrate. Insgesamt ergibt sich aus der Kopplung numerischer Simulationen mit Optimierungsalgorithmen ein übertragbarer Ansatz zur Bestandsbewertung bestehender Kaimauern.
Zusammenfassung Für ein Untersuchungsgebiet im Umfeld der Stadt Bad Frankenhausen wurde mithilfe einer GIS‐gestützten Gefährdungsanalyse eine Gefährdungskarte für Erdfälle erstellt. Der verwendete Ansatz basiert auf einer statistisch‐heuristischen Methode, die ursprünglich für Hangrutschungen entwickelt wurde. Grundlage für die Analyse sind ein Erdfallinventar aus dem Untersuchungsgebiet sowie Faktorkarten zu den Themen Geologie, Hydrogeologie, Hydrologie, Pedologie und Geländemorphologie. Die erstellte Gefährdungskarte wurde mittels einer ROC‐Analyse validiert. Dabei konnte eine Vorhersagegüte von über 90 % erreicht werden. Anschließend wurde die Gefährdungsanalyse auf ein über die Grenzen des ursprünglichen Untersuchungsgebiets hinausgehendes Gebiet erweitert, um die Übertragbarkeit der Analyse zu testen. Dabei wurden die Gefährdungsindizes und Wichtungen der ursprünglichen Gefährdungskarte auch für das erweiterte Gebiet verwendet. Eine Validierung der erweiterten Gefährdungskarte ergab eine Vorhersagegüte von 60 %. Dies zeigt die Grenzen einer Übertragung der Analyse auf andere Gebiete, wenn Gefährdungsindizes und Wichtungen nicht angepasst werden. Die Arbeit zeigt, dass die für Hangrutschungen entwickelte Methode auch für die Gefährdungsbewertung von Erdfällen sehr gute Ergebnisse liefert. Die vorgestellte Methodik kann die Bewertung von Erdfallrisiken nicht nur im Sulfatkarst, sondern auch in karbonatischen Karstgebieten weltweit verbessern.
Zusammenfassung Das ehemalige Industriequartier im Giessenareal in Wädenswil wird zu Wohnraum am Zürichsee umgenutzt. Für Tiefgarage und Kellerräume wird eine bis zu zweigeschossige Baugrube benötigt. Die heterogene Geologie aus Seeablagerungen, Bachschutt und Auffüllungen sowie die umliegenden denkmalgeschützten Bauten stellen eine große Herausforderung dar. Im Rahmen einer Unternehmervariante konnte ein Baugrubensicherungskonzept sowie eine Pfahlgründung, angepasst auf die lokalen Randbedingungen, entwickelt werden. Entlang der größtenteils flach gegründeten Bauten erfolgt die Sicherung mittels Schlitzwand, seeseitig im eingeschossigen Bereich mittels Spundwand. Die tieferen Baugruben werden mit drei Steifenlagen gestützt: Stahlrohrsteifen über Terrain, temporärer umlaufender Stahlbeton‐Steifenring sowie eine Aussteifungsplatte unterhalb der Bodenplatte. Die Anzahl der Pfähle konnte durch Anpassung des Pfahltyps und Aktivierung der Schlitzwand deutlich reduziert werden.
Zusammenfassung Im Zuge des Neubaus der Rheinbrücke Leverkusen musste ein Abschnitt der Bundesautobahn A1 neu trassiert werden. Die neue Fahrbahnführung durchquert eine historisch verfüllte und gesicherte Altablagerung mit heterogenen, unverdichteten sowie teilweise umweltrelevanten Abfällen. Ziel war es, den Eingriff in die Deponie möglichst gering zu halten und gleichzeitig die Gebrauchstauglichkeit des Autobahnoberbaus sicherzustellen. Durch den Einsatz dehnsteifer Geokunststoffbewehrungen konnte die Systemdicke des Straßenaufbaus reduziert und der Kontakt mit belastetem Deponat signifikant minimiert werden. Grundlage bildeten multivariante analytische Berechnungen unter Anwendung mehrerer in Europa anerkannter Verfahren. Die optimierte Ausführung in reduzierter Bauweise besteht aus geraschelten Aramid‐Geogittern und gelegten Geogittern aus hochfestem Polyester. Darüber hinaus kam in ökologisch kritischen Zonen eine adsorbierende Aktivkohlematte zum Einsatz. Der Beitrag stellt die Randbedingungen, die Bemessungsphilosophie, die gewählte Systemlösung sowie Aspekte der Ausführung vor.
Abstrakt Das Einbringen von Profilen mittels Vibration ist Stand der Technik und bietet gegenüber schlagenden Rammverfahren Vorteile hinsichtlich der Einbringgeschwindigkeit sowie geringerer Schall‐ und Erschütterungsbelastungen. In der Praxis werden die Maschinenparameter jedoch meist erfahrungsbasiert gewählt, obwohl der Einbringvorgang ein komplexes, bodenabhängiges Mehrzielproblem darstellt. Der Beitrag bündelt Forschungsarbeiten zur wirtschaftlichen, toleranzgerechten Profileinbringung: Vorgestellt werden Entwicklungen an Vibratoren und Versuchsaufbauten zur sensorbasierten Prozessbeobachtung, Optimierungskriterien sowie Ansätze zur regelungstechnischen Anpassung der Betriebsparameter. Ein Schwerpunkt liegt auf den Prozessen am Profilfuß im gesättigten Boden beim kavitativen Rammen. Numerische Untersuchungen (CFD‐DEM, SPH) und ein instrumentierter Versuchsstand zeigen, dass die Aufwärtsbewegung zu Porenwasserdruckabfall und lokaler Verflüssigung des Bodens unterhalb des Profilfußes führen kann, was die Prozesseffizienz erklärt und Ansatzpunkte zur Verbesserung der Tragfähigkeit eröffnet. Ergänzend werden datenbasierte Verfahren (Dynamic Mode Decomposition) zur Kurzzeitvorhersage von Bodenschwingungen für Echtzeit‐Monitoring und Regelung diskutiert. Abschließend wird auf das DFG‐Projekt DROPS verwiesen, das Abtriebskräfte sowie Steifigkeitsanforderungen von Profilen und Rammführungen zur Einhaltung von Einbringtoleranzen untersucht.
Abstrakt Der Beitrag untersucht das Baugrundrisiko in der Geotechnik aus bauvertragsrechtlicher Sicht. Ausgehend von DIN 4020 beschreibt er das Baugrundrisiko als Gefahr, dass für Planung, Ausschreibung und Ausführung maßgebliche Baugrundeigenschaften nicht hinreichend erkannt, beschrieben oder in ihrer verfahrensbezogenen Wirkung zutreffend bewertet werden. Hervorgehoben wird die allgemeine Bedeutung der Homogenbereiche als Schnittstelle zwischen geologischer Beschreibung, geotechnischer Bewertung und Kalkulation. Typische Streitfälle – von unerwarteter Abrasivität über Wasserzutritte bis zu Verklebungen – werden skizziert. Anhand eines praktischen Beispiels zeigt der Beitrag, dass auch bauverfahrensbedingt ausgelöste, technisch unvermeidbare und im Ausschreibungsstadium bzw. zum Vertragsschluss nicht vorhersehbare Änderungen der Baugrundeigenschaften dem Baugrundrisiko zugeordnet werden können. Für die Praxis folgt daraus, dass eine belastbare Beschreibung und praxisgerechte Abgrenzung von Homogenbereichen Rechtsstreitigkeiten vermeiden hilft.
Abstrakt Verschleiß und Verklebung können bei vielen Bautätigkeiten kosten‐ und leistungsbestimmend sein. Der DGGT‐AK 1.11 erarbeitet praxisnahe Empfehlungen zur Beschreibung und Bewertung von Verschleiß‐ und Verklebungspotenzialen für Lockergesteine und veränderlich feste Gesteine sowie zu deren Wechselwirkungen mit den Prozessen der Bauausführung. Zentraler Leitfaden für Aufbau und Inhalt sind zwei neue „Einflussgrößendiagramme“, die die Faktoren, die zu Verschleiß‐ oder Verklebungserscheinungen führen können, in einer von der Planung bis zur Ausführung gedachten Struktur ordnen. Im oberen Teil der Diagramme steht der Baugrund, dessen Eigenschaften – sowohl im natürlich anstehenden als auch im durch äußere Einwirkungen ggf. veränderten Zustand – das grundlegende Potenzial bestimmen, Verschleiß oder Verklebung hervorzurufen. Die zutreffende Beschreibung dieser Eigenschaften liegt üblicherweise im Verantwortungsbereich des Bauherrn. Im unteren Teil der Diagramme werden die Abbau‐ und Umwandlungsprozesse während der Ausführung des Projekts beschrieben. Sie liegen üblicherweise in der Verantwortung des Bauausführenden. Die tatsächlich auftretenden Verschleiß‐ und/oder Verklebungserscheinungen resultieren immer aus der Kombination von Baugrundeigenschaften und Bauausführung.
Three-dimensional Finite Element (FE) simulations involving numerous slender structures with high length-to-diameter ratios have become a standard task in geotechnical design practice. Deep foundations supported by bored piles exemplify this problem class. The Standard FE pproach (SFEA), which explicitly discretizes slender structures using solid FEs, often leads to prohibitive mesh topologies and high computational costs. To overcome these limitations, embedded pile (EP) elements are increasingly adopted, offering reduced modelling effort, lower simulation runtimes, and direct extraction of stress resultants. However, state-of-the-art formulations often exhibit limitations such as mesh-size dependent responses and an idealized centreline-based representation of soil-structure interaction, which reduce the credibility of the numerical predictions. This concern has motivated the development of an enhanced formulation, referred to as Embedded Pile with Implicit Interaction Surface (EP-I), which captures soil-structure interaction at the physical soil-structure contact. The present contribution provides insight into the theoretical foundations of the EP-I and demonstrates its applicability through two pile problems. Furthermore, it provides practical guidance for evaluating the performance and applicability of EP formulations implemented in the widely used geotechnical FE software PLAXIS 3D. Erweiterte Embedded-Pile-Formulierung f & uuml;r r & auml;umliche Boden-Bauteil-InteraktionFinite Elemente (FE-)Berechnungen geotechnischer Problemstellungen mit hoher Anzahl schlanker Strukturelemente sind in der Planungspraxis weitverbreitet und erfordern in vielen F & auml;llen dreidimensionale Betrachtungen. Die Dimensionierung von Bohrpfahlgr & uuml;ndungen stellt einen typischen Anwendungsfall dar. Der Standard-FE-Ansatz (SFEA), bei dem die Pf & auml;hle mittels Volumenelementen diskretisiert werden, f & uuml;hrt allerdings oftmals zu sehr wenig praxistauglichen, gro ss en Berechnungsnetzen, welche mit einem hohen Berechnungsaufwand einhergehen. Alternativ wird daher zunehmend auf Embedded Piles (EP) zur & uuml;ckgegriffen, die einerseits Modellierungsaufwand und Berechnungszeit signifikant reduzieren, andererseits eine vereinfachte Schnittgr & ouml;ss enermittlung erlauben. State-of-the-art-Formulierungen weisen jedoch Anwendungsgrenzen auf, die in der Praxis oftmals vernachl & auml;ssigt werden, wie etwa netzabh & auml;ngige Ergebnisse oder eine idealisierte Boden-Bauteil-Interaktion (BBI) entlang der Bauteilachse. Um das Verhalten realit & auml;tsnaher abzubilden, wurde der EP mit Impliziter Interaktionsoberfl & auml;che (EP-I) entwickelt, der die BBI entlang der tats & auml;chlichen Kontaktfl & auml;che abbildet. Dieser Beitrag erl & auml;utert die theoretischen Grundlagen des EP-I und zeigt seine Anwendbarkeit anhand zweier Pfahlprobleme. Zudem werden praktische Hinweise zur Beurteilung der Einsatzgrenzen der in der weitverbreiteten geotechnischen FE-Software PLAXIS 3D implementierten EP-Formulierungen gegeben.
Im Zuge des Neubaus der Rheinbr & uuml;cke Leverkusen musste ein Abschnitt der Bundesautobahn A1 neu trassiert werden. Die neue Fahrbahnf & uuml;hrung durchquert eine historisch verf & uuml;llte und gesicherte Altablagerung mit heterogenen, unverdichteten sowie teilweise umweltrelevanten Abf & auml;llen. Ziel war es, den Eingriff in die Deponie m & ouml;glichst gering zu halten und gleichzeitig die Gebrauchstauglichkeit des Autobahnoberbaus sicherzustellen. Durch den Einsatz dehnsteifer Geokunststoffbewehrungen konnte die Systemdicke des Stra ss enaufbaus reduziert und der Kontakt mit belastetem Deponat signifikant minimiert werden. Grundlage bildeten multivariante analytische Berechnungen unter Anwendung mehrerer in Europa anerkannter Verfahren. Die optimierte Ausf & uuml;hrung in reduzierter Bauweise besteht aus geraschelten Aramid-Geogittern und gelegten Geogittern aus hochfestem Polyester. Dar & uuml;ber hinaus kam in & ouml;kologisch kritischen Zonen eine adsorbierende Aktivkohlematte zum Einsatz. Der Beitrag stellt die Randbedingungen, die Bemessungsphilosophie, die gew & auml;hlte Systeml & ouml;sung sowie Aspekte der Ausf & uuml;hrung vor. Use of an optimized cushion foundation using the example of the A1 in LeverkusenDuring the construction of the new Leverkusen Rhine bridge, a section of the A1 federal highway had to be rerouted. The new roadway crosses a historically filled and secured old landfill site containing heterogeneous, uncompacted, and in some cases environmentally relevant waste. The aim was to minimize interference with the landfill while ensuring the serviceability of the motorway superstructure. The use of high tensile stiffness geosynthetic reinforcements made it possible to reduce the thickness of the road structure and significantly minimize contact with contaminated landfill material. This was based on multivariate analytical calculations using several methods approved in Europe. The optimized design in a reduced construction consists of knitted aramid geogrids and laid geogrids made of high-strength polyester. In addition, an adsorbing activated carbon mat was used in ecologically critical zones. The article presents the boundary conditions, the design philosophy, the selected system solution, and aspects of the execution.
Two new influence diagrams for wear and adhesionWear and clogging can be key factors affecting costs and performance in many construction activities. The DGGT Working Group 1.11 develops practical recommendations for describing and evaluating the potential for wear and clogging in soils and weak rocks, as well as their interactions with construction processes. The central framework for the structure and content consists of two new "influence factors diagrams". These diagrams organize the factors that may lead to wear or clogging phenomena, covering all stages from design to execution. The upper part of the diagrams focuses on the ground, whose properties -both in its natural state and as modified by external influences- determine the fundamental potential to cause wear or clogging. The accurate description of these properties is typically the responsibility of the client. The lower part of the diagrams addresses the degradation and transformation processes occurring during project execution. These are typically the responsibility of the contractor. The actual wear and/or clogging phenomena always result from the interaction between ground properties and construction process.
Im Zuge des nachhaltigen Bauens werden vermehrt bestehende Bauwerke in ihrer Struktur dergestalt ver & auml;ndert, dass sie einer neuen Nutzung zugef & uuml;hrt werden k & ouml;nnen. Daraus k & ouml;nnen sich Herausforderungen f & uuml;r die bestehenden, z. T. mehrere Jahrzehnte alten Gr & uuml;ndungselemente ergeben. Dabei stellt sich vor dem Hintergrund von Material- und Kostenersparnissen die Frage, inwieweit die Gr & uuml;ndungen geeignet sind, die neuen Anforderungen, z. B. Lasterh & ouml;hungen, zu erf & uuml;llen bzw., ob sie & uuml;berhaupt noch intakt sind. Zur Pr & uuml;fung von Gr & uuml;ndungselementen werden im vorliegenden Beitrag anhand von Projektbeispielen geeignete, zerst & ouml;rungsfreie Messverfahren vorgestellt, bei denen mit vergleichsweise geringem Aufwand Aussagen & uuml;ber die Intaktheit von Pfahlgr & uuml;ndungen getroffen werden k & ouml;nnen. Diese k & ouml;nnen als Entscheidungsgrundlage f & uuml;r eventuelle Weiternutzungen der Gr & uuml;ndungen dienen. Non-destructive testing of existing pile foundationsAs part of sustainable construction, existing buildings are increasingly being structurally altered so that they can be repurposed. This can present challenges for the existing foundation elements, some of which are several decades old. Against the backdrop of material and cost savings, the question arises as to what extent the foundations are suitable for meeting the new requirements, e.g. increased loads, or whether they are still intact at all. To assess foundation elements, this paper presents suitable, non-destructive measurement methods based on project examples, which allow conclusions to be drawn about the integrity of pile foundations with relatively little effort. These can serve as a basis for decision-making regarding the potential continued use of the foundations.
Ground improvement with vibro stone columns offers great potential for resource-efficient construction methods, which can be further enhanced using recycled building materials. Extensive investigations conducted within two practical projects show that both recycled concrete and processed excavated material have comparable shear strengths to naturally sourced aggregate, despite lower resistance to mechanical stress. Large-scale load tests were used to investigate the load-settlement behavior of groups of four columns and to verify the load-bearing capacity. Provided that the reduced stiffness of the RC material is considered in the design, recycled building materials prove to be an efficient and sustainable alternative, whose use remains limited by current legal restrictions.
While drillability in tunnelling is a well-researched topic, the importance of drillability for rotary pile drilling has commonly lacked recognition. This report is aimed at shedding light on the systematic evaluation of drillability in bored piles, a topic which can be of paramount importance for the successful completion of any construction project. The main focus is on the correlation of geological and geotechnical influencing factors on drillability, which is examined in various case studies. The analyses of the case studies show that geological and geotechnical influencing factors have a significant impact on the achievable drilling velocities and tool wear. The working principles and drilling performance of the round shank chisels and replaceable teeth are analysed separately, as notable differences were evident for these different tools, especially when taking rock mass properties into account. Based on these results, rotary-piling specific classification systems for tool wear were developed -with the one for replacement teeth being first of its kind. The presented approaches contribute to a stronger consideration of drillability-related factors and key challenges in construction practice-starting from the very beginning of a project as a decisive planning parameter, rather than recognizing drillability as a critical bottleneck during the construction phase.
Model selection for geotechnical boundary value problems – examples and critical remarks Numerical methods are widely employed in both research and practice to model boundary value problems. In conjunction with observations and measurements, they facilitate a deeper understanding of mechanical processes at the micro and macro scales. At the microscale, the interactions between particles, pore water, and gas are of particular interest. Here, the application of computed tomography is unlocking a new realm for soil mechanics. While numerical models for this scale are, to some extent, still under development, the combination of imaging and modelling enables an enhanced understanding of these fundamental processes. At the macro-scale, dynamic and time-dependent soil-structure interaction problems present particular challenges. The installation of structures typically induces large soil deformations and associated changes in the soil state, necessitating the use of specialized numerical techniques. Furthermore, cyclic loading leads to the accumulation of deformations, which limits the serviceability of the structure over time. These phenomena will be demonstrated through examples, followed by the formulation of critical remarks.
Abrasivity of sandstones from the North Alpine Foreland Basin, SE Germany: Petrographical and rock mechanical investigations for the Geothermal-Alliance Bavaria In addition to the already utilized Upper Jurassic carbonates of the southern German Molasse Basin, the sandstone horizons of the overlying Tertiary represent potential medium-depth to deep geothermal reservoirs in Bavaria. As their mechanical properties differ significantly from those of the Upper Jurassic carbonates, it was necessary to investigate them accordingly. In addition to the geological-petrographic description of 176 in-situ samples, these were also examined regarding their ability to cause wear, i.e. their abrasiveness. This is of great importance for drilling costs in the development of geothermal reservoirs but varies significantly depending on the petrographic structure of the rocks. The mineral composition of the rocks was determined using X-ray diffraction (XRD) and thin section analysis. Abrasiveness parameters were determined using the equivalent quartz content (FÄ Qu ) derived from this and the CERCHAR test. In addition to the proportion of abrasive minerals, their grain size and the grain bonding of the rocks have a significant influence on abrasiveness. The CERCHAR test is the most useful method for determining the abrasiveness of rocks using intact rock samples. As a supplement, and especially when only small cuttings are obtained during deep drilling rather than core samples, a more detailed examination of the rocks regarding their mineralogical composition, grain size and grain binding strength is recommended.
Investigations on the slaking potential and disintegration resistance of sandstones and their causes Sandstone frequently occurs in Germany's subsoil as foundation ground and is used as a building material or natural stone in various ways. Nevertheless, most of them are not durable, but show signs of disintegration over periods relevant to foundation engineering, which usually has a lasting effect on the quality of the construction, causes hazards, and therefore often requires expensive remedial measures. This paper presents a study in which 21 types of sandstone from ten different geological formations (Triassic to Tertiary) were examined and classified concerning their slaking potential. The results show that most of the investigated sandstones belong to the class of weak rocks, whereby various parameters determine durability and structural strength. In summary, an excellent correlation between the slaking index and structural strength was determined for the sandstones examined, and the sandstone groups were assigned to the slaking classes so that this group of rocks can be assessed in terms of their durability before a construction project. In future projects, such investigations can help to correctly categorize and classify the sandstones that occur in the subsoil or are suitable for further use during the preliminary geotechnical investigations in order to minimize risks and costs in the long term.
Bridge abutments made of geosynthetic reinforced soil (KBE) – Experiences from the construction of several bridges in recent years Due to the age structure of the bridge structures in the federal highway network, a significant number of replacement bridges will be necessary in the short to medium term. In order to reduce construction times, disruption to road users, and greenhouse gas emissions, the Federal Ministry of Transport is pursuing innovative construction methods. These include abutments made of geosynthetic-reinforced earth (KBE). As part of a pilot project in 2019, a permanent KBE abutment was constructed and scientifically monitored for the first time in the federal highway network. The resulting findings and experiences with subsequent similar structures, as well as the associated updates to the standards and codes, are the subject of this article.
