Entwicklung eines neuen analytischen Verfahrens zur Berechnung des Grundbruchwiderstands von unbewehrten und bewehrten Gründungspolstern

Chen, Chuantao

Zum Bau auf weichem, geringtragfähigem Untergrund haben sich in den letzten Jahrzehnten sogenannte bewehrte Gründungspolster etabliert. Hierbei wird zunächst der weiche Untergrund in einem lokal begrenzten Bereich durch tragfähiges und steifes Bodenmaterial wie Sand oder Kies ersetzt. Zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften des Polsters und zur Minimierung des Bodenaustauschs kommen zusätzlich Geokunststoffe, z. B. Geogitter, als Bewehrung zur Anwendung. Dadurch wird die Setzung des Fundamentes (Gebrauchs-tauglichkeit) reduziert und der Grundbruchwiderstand (Tragfähigkeit) erhöht. Die Berechnung des Grundbruchwiderstands spielt eine wichtige Rolle für das Design eines Gründungspolsters, jedoch existiert ein allgemeingültiges analytisches Berechnungsverfahren zur Bestimmung des Grundbruchwiderstands von bewehrten und unbewehrten Gründungspolstern bisher nicht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein neuer analytischer Berechnungsansatz zur Bestimmung des Grundbruchwiderstands einer Flachgründung auf dem bewehrten und unbewehrten Gründungspolster entwickelt. Die Bestimmung des Grundbruchwiderstands erfolgt grundsätzlich mittels der Ableitung nach dem Kraftgleichgewicht und dem Momentengleichgewicht der kinematisch zulässigen maßgebenden Bruchbedingungen. Zuerst wird ein neues analytisches Berechnungsverfahren des Grundbruchwiderstands bei homogenen Untergrundverhältnissen entweder durch die Summierung der Widerstände aus den drei Parametern (Einbindetiefe, Kohäsion und Bodeneigengewicht) mit ihrem jeweils ungünstigsten Bruchmechanismus (Kriterium ‚Individuelles Minimum‘) oder mit einem einheitlichen Bruchmechanismus (Kriterium ‚Globales Minimum‘) entwickelt. Danach werden zwei Bruchmechanismen, nämlich GP-I und GP-II zur Bestimmung des Grundbruchwider-standes unter Berücksichtigung der Geometrie des unbewehrten Gründungspolsters entwickelt. Es wird ein neues analytisches Verfahren zur Bestimmung der Erhöhung des Grundbruchwiderstands eines bewehrten Gründungspolsters infolge der Bewehrung unter Anwendung des Bruchmechanismus des unbewehrten Gründungspolsters (GP-I oder GP-II) vorgestellt. Abschließend wurden sowohl die Grundbruchwiderstände als auch die maßgebenden Bruchmechanismen der analytischen Berechnungsansätze mithilfe der Ergebnisse aus den numerischen Berechnungen validiert. Zusammenfassend kann die Berechnung des Grundbruchwiderstands des homogenen Untergrunds sowie des unbewehrten und bewehrten Gründungspolsters mit den in der vorliegenden Arbeit entwickelten Berechnungsansätzen durchgeführt werden.

The so-called reinforced foundation pads have been used in recent decades for constructions on soft, low-bearing underground. Here, the soft underground is firstly replaced in a localized area by stiffness soil materials such as gravel. To further improve the properties of the foundation pad and to minimize the exchange quantity of soil, the geosynthetics e.g. geogrid, are used as reinforcement. Thus, the settlement of the foundation (Serviceability Limit State – SLS) will be reduced and the bearing capacity (Ultimate Limit State – ULS) will be increased. The determination of the bearing capacity is one of the most important subject for the foundation pad design, however, a generally valid analytical approach to calculate the bearing capacity of reinforced and unreinforced foundation pads is not available yet. In the present work, a new analytical approach to determine the bearing capacity of a shallow foundation on the reinforced and unreinforced foundation pads is developed. The bearing capacity is obtained using the limit equilibrium method with a kinematical admissible failure mechanism. Firstly, a new analytical approach either with the summary of the resistance of the three parameters (surcharge, cohesion and soil weight) by their own failure mechanism (criterion 'Individual Minimum') or with on single failure mechanism (criterion 'Global Minimum') to calculate the bearing capacity of homogeneous underground is developed. After that, two failure mechanisms, namely GP-I and GP-II, are developed for the calculation of the bearing capacity of unreinforced foundation pads with different geometrical conditions. A new analytical method to calculate the bearing capacity increment of the reinforced foundation pad due to the reinforcement using the failure mechanism of the unreinforced foundation pad (GP-I or GP-II) is also presented. Finally, both of the bearing capacities and the relevant failure mechanisms obtained with the analytical approaches were validated using the results of the numerical methods. In summary, the bearing capacity of a shallow foundation on the homogeneous underground as well as the unreinforced and reinforced foundation pads can be determined with the in the present work developed approaches.

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Chen, Chuantao: Entwicklung eines neuen analytischen Verfahrens zur Berechnung des Grundbruchwiderstands von unbewehrten und bewehrten Gründungspolstern. 2018.

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