Erddruck und Wandbewegungen an zwei hohen Flügelwänden eines

Bericht I/III 1970
Dip.-Ing. Peter von Becker
Erddruck- und
Wandbewegungsmessungen an
zwei hohen Flügelwänden eines
Brückenwiderlagers

Erddruck- und Wandbewegungsmessungen DK 62~.131.3ß6 Erddrud.mes
an zwei hohen Flügelwänden eines Brückenwiderlagers
Von Oberregierungsrat Dipl.-Ing. Peter von Be~er, Bundesverkehrsministerium, vormals Bundesanstall für Straßenwesen, Köln
Vorbemerkung
Die Bundesanstalt für Straßenwesen führte auf Anregung der
Straßenbauverwaltung des Landsmaftsverbandes Westfalen-Lippe
umfangreime Untersumungen am nördlid1en Widerlager der Rahmedetalbrücke
(BAB Dortmund-Gießen) durm, um die Frage zu
klären, ob hohe, auf Fels gegründete Stützbauwerke mit Erdruhedruck
zu bemessen sind, oder ob die Wandbewegungen zur Aktivierung
des Coulombsmen Erddruckes ausreimen. Die Mittel wurden
im Rahmen eines Forsmungsauftrages des Bundesministers für Verkehr
zur Verfügung gestellt.
Der vorliegende Beitrag smildert die meßtemnismen Voraussetzungen
zur Erfassung des Erddruckes und der Wandbewegungen an
zwei etwa 16 mund 13 m hohen Stützmauern und hier insbesondere
ein Verfahren zur direkten Messung der Wandbiegelinie. Ferner werden
die, im Beobamtungszeitraum von drei Jahren ständig wemselnden
Zusammenhänge zwismen Wandbewegung und Erddruck wiedergegeben.
Der Verfasser mömte an dieser Stelle dem Autobahn-
Neubauamt Lüdensclleid und den Herren Dipl.-Phys. H. Bus e e k
und Dipl.-Ing. W. Die sie r sowie seinen tedl.nismen .Mitarbeitern
für die Mithilfe bei der Vorbereitung, Durmführung und Auswertung
der Untersumungen danken.
1. Bauwerk
Das nördlidle Widerlager der Rahmedetalbrücke setzt sim aus
sems einzelnen, durm Dehnungsfugen voneiuander getrennten
Wandteilen zusammen, die der Geländeneigung von etwa 25° folgend
in versmiedenen Tiefen gegründet sind (Bild 1). Nam dem
ursprünglidlen Entwurf sollten alle Wandteile als aufgelöste Mauern
mit erdseitigen Aussparungen und Verstärkungspfeilern ausgebildet
werden. Um jedom eine möglimst gleimmäßige Erddruckverteilung
zu erhalten, \vurde der ganze Westflügel mit den für die Untersudtungen
vorgesehenen Wandteilen Bund C als Winkelstützmauern
erridttet.
Einen üherblick iiber die Abmessungen der beiden Wandteile
gibt die folgende Zusammenstellung.
Fundamentsohle
Höhe
Länge
Fundamenthreite
Wand!uBhreite
361.50 m ü. NN
12.70 m
7.50 m
6.40 m
2.60 m
Wandteil C
358,00 m ü. NN
16,15 m
12,00 m
7,60 m
3,80 m
Im Bereim des nördlimen Widerlagers besteht das Gebirge aus
einem untersmiedlim kalkhaltigen Sandstein. Das Bauwerk liegl
an der Südostflanke eines smmalen Sattels, deren Smimten mit etwa
15° bis 35° nam Norden einfallen, dom wurden bei der Baugrubenabnahme
aum einzelne Spezialfaltungen festgestellt. Obwohl bei
dem gegen den Hang einfallenden Smimtenverband ein smimtgleiten
unter der Bauwerkslast nidlt zu erwarten war, konnte dom
auf Grund der angetroffenen Klüfte und Karsthohlräume ein smimtparalleles
Gleiten oder Kippen einzelner Smollen nimt ganz ausgesmlossen
werden. Die an einigen Klüften gefundenen Harnisme
deuteten auf solme Bewegungen hin.
Auf der endgültigen Gründungssohle wurden die mylonitisierten
Kluftspalten ausgeräumt und teilweise mit Beton verplombt. Da
kein Sickerwasser aus den einzusehenden Klüften austrat, wurde
306 DIE BAUTECHNIK 911970

Peter von Be~er
Erddru~- und Wandhewegungsmes8ungen an zwei hohen Flügelwänt!en eines Brii~enwiderlagers
auf eine Drainage verzidttet. Nadt dem Aufllrillgell eines Ullterhetons
B 160 ill 10 cm bis 30 cm Dicke erfolgte die Herstellung der
..'undamente und Wandteile in mehrereIl Betonierabsdtnitten. Die
Würfeldruckfestigkeit des Fundamentes lag zwisdten 400 kp!cm2 und
420 kp!cm!, die des Wandhetons zwisdten 425 kp!cm2 und 500 kp!cm!,
wobei die Festigkeiten mit zunehmender Wandhöhe anstiegen und
hei Wandteil B größer als bei Wandteil C waren. Die Biegezugfestigkeit
lag mit 80 kp!em2 ebenfalls über den geforderten Werten.
Da die ursprünglidl vorgesehene Hinterfüllung des Widerlagers
mit dem Felsaushubmaterial bis 100 mm Korngröße eine exakte Bestimmung
der Bodenkennwerte nidlt zugelassen hätte, wurden die
heiden Wandteile Bund C mit Kiessand hinterfüllt. Die lagenweise
Verdidttung des Hinterfüllungsmaterials erfolgte im Wandbereidl
mit einem _"-T-2000-Riittelverdidlter, außerhalb der Wandzone audl
mit sdtwereren Geräten. Das Feudltraumgewidlt, weldtes nadl beendigter
Hinterfüllung durdt Sondierungen mit der y-y-Sonde festgestellt
wurde, betrug im Mittel 2,1 Mp!m3. Der Winkel der innercll
Reibung ergab sidt bei einem Dreiaxialgerät mit den Ahmessungel1
h = 50 cm und d = 20 cm zu (! = 410.
2. Meßeinridltungen
2.1 All ge m ein es
Das Meßprogramm wurde so ausgelegt, daß sidl Vergleidlsmüglidlkeiten
zwisdlen den Ergebnissen aller zum Einsatz kommendelI
Meßverfahren ergaben. Es umfaßte im wesentlidlen
a) Erddruckmessungen mit Meßgeräten der Firma Glötzl,
b) Wandverdrehungs- und Wandverformungsmessungen mit
Neigungsmessern der Firma Maihak,
c) Setzungs- und Versdliebungsmessungen durdl Feinnivellement.
Daneben wurde versucht, Setzungen mit Hilfe von Sduaudlwaagen,
die nadl dem Prinzip der verbundenen Gefäße arbeiten,
zu ermitteln, und durdl direkte Abstandsmessungen gegen einen
Festpunkt ein eventuelles Gleiten von Wandteil C in der Sohlfuge
festzustellen. Da diese '-ersudle ebenso wie die durdlgeführtell
Betondehnungsmessungen keine quantitativen Aussagen über das
Verformungsverhalten der beiden Wandteile zuließen, besdlränken
sidl die folgenden Ausführungen lediglidl auf die Erddruck- und
Wandbewegungsmessungen.
2.2 Erd d ru c km es s u n gen
Bei dem verwendeten Meßverfahren nam Glötzl wird der auf den
eingebauten Geber wirkende Druck bydrauliscl, kompensiert, so daß
die Belastungsänderung direkt als Spannungsänderung an einem
Manometer abgelesen werden kann. Der Erddruckgeber besteht aus
einem flamen Druckkissen und einem damit verbundenen Ventilgehäuse,
in welmern eine Membran eingespannt ist, die das mit 01
gefüllte System absmließt. Während des Meßvorgangs wird durcl,
eine Rohrleitung Druckflüssigkeit gegen die Außenseite dt.r Membran
gepumpt. übersteigt dieser Flüssigkeitsdruck nur geringfügig
den irn Geber herrscl,enden und auf die Membran wirkenden Innendruck,
so wird diese durmgebogen und läßt die Druckflüssigkeit
über eine Rücklaufleitung zur Förderpumpe zurückfließen. Somit
kann sim kein höherer Druck am Manometer aufbauen, als er tatsämlim
den Geber belastet. Zwar enthalten die während der einzelnen
Messungen abgelesenen Meßwerte nom Anteile aus einer
werksseitig vorgenommenen Membranvorspannung, aus hydrostatismern
Druck bei verscl,iedener Höhenlage von Geber und Manometer
und aus Wandreibungsverlusten bei längeren Rohrleitungen.
Diese Beträge bleiben jedom nam Installation der Meßanlage für
jeden Geber konstant und können bei nom nimt belastetem Geber
gemessen werden. Durcl. Differenzbildung zwismen Belastungs. und
Nullmessung werden somit alle genannten Einflüsse eliminiert.
Die Glötzl-Erddruckgeber und die vorgesehene Einbauweise hatten
sim smon an anderer Stelle bewährt [I], [2], [3], [4], so da!::
keine größeren Voruntersucl,ungen erforderlicl, waren.
Während der Hinterfüllung des Widerlagers wurden an jeweils
zwei Quersmnitten der Wandteile Bund C insgesamt 36 Erddruckgeber
so angeordnet, daß an jedem Meßpunkt sowohl die horizontalen
als aum die vertikalen Erddrücke gemessen werden konnten.
Sobald an einem Meßpunkt die vorgesehene Einbauhöhe erreimt
und die Smüttung ausreimend verdiclltet war, \vurde zunämst für
Oild 2. Einbau der Glützl.Erddrudtgeber zur Ermilllullg des horizolllatell u ud
'.erlikalell Erddrndtes der Smüllung all eiller der illsgesamt 18 Meßstellell
den liegenden Geber eine ebene und waagererote Auflageßäroe gesroaffen.
Ansroließend wurde der lotrerot stehende Erddruckgeber
durd1 Ansroüttung bis zur halben Geberhöhe in seiner Lage fixiert
(Bild 2) .Der Abstand der Geber zur Walld betrug gleirobleibend
45 ern, der gegenseitige Abstand 50 ern.
Naro der Nullmessung erfolgte das überschütten der Geber vorsirotig
von Hand, wobei der aufrerot stehende Geber durro eine besondere
Vorrirotung gehalten wurde, welroe auch naro völliger
übersroüttung der Geber noro eine Lagekontrolle gestattete (Bild 3) .
Die Verdirotung dieser und teilweise aud1 der närosten Sroüttlage
erfolgte im Bereiro der eingebauten Geber durro Einsrolämmen.
Erst narodem die übersroüttungshöhe mindestens 40 cm betrug,
wurde die Haltevorrirotung gezogen und durften die Verdirotungsgeräte
über den Gebern eingesetzt werden. Ein zur Kontrolle wieder
freigelegtes Geberpaar zeigte selbst naro mehreren übergängen
mit dem sroweren AT.5000-Rüttelverdiroter keine Veränderung der
Geberlage.
2.3 Ne i gun 9 sm es s u n gen
Das Fernmeßverfahren von Maihak wurde bereits eingehend behandelt
[5],16], [7], so daß eine ausführliclle Erläuterung des Meßprinzips
entfallen kann. Das verwendete Meßgerät besteht aus einen}
zylindrischen Gehäuse, in welchem ein Pendel gelenkig aufgehängt
ist. Zwischen Gehäuse und Pendel ist eine Stahlsaite schwingfähig
eingespannt, Lageänderungen des Pendels gegenüber dem Gehäuse
ändern die mechanische Spannung und damit die Eigenfrequenz
dieser Meßsaite. Das Meßgerät ist durch ein Kabel mit dem Empfangsgerät
verbunden, von dem aus während der Messung die Meßsaite
zu gedämpften Eigenschwingungen angeregt wird. Die mechanisclle
wird über ein elektromagnetisches System in eine elektrische
Scllwingung umgeformt, wobei die Frequenzänderung ein Maß für
die Neigungsänderung ist. Eine Winkeländerung infolge einer Belastungsänderung
ergibt sich wiederum aus der Differenz zwischen
Belastungsmessung und Nullmessung.
Zur Kontrolle der Wandverdrehung wurde in der Mitte der
Wandteile Bund C je ein stationärer Neigungsmesser unmittelbar
am Wandfuß befestigt und gegen Beschädigungen und Witterungseinwirkungen
mit einem Schutzkasten umgeben.
Für die Ermittlung der Eigenverformung von Stützmauern stand
kein erprobtes Meßverfahren zur Verfügung. Aus der Literatur war
bekannt, daß Messungen an verankerten Spundwänden zur Bestimmung
der Lage von Ankerbrüchen mit Hilfe eines verfahrbaren
Neigungs.Differentialmeßgerätes erfolgreich verlaufen waren [8], [9].
In ähnlicher Weise entwickelte die Bundesanstalt für Straßenwesen
eine Meßeinrichtung, mit der die Tangente an beliebigen Höhenmeßrunkten
eines Stützmauerquerschnitts ermittelt und daraus eine
Formänderungslinie abgeleitet werden konnte. Die Meßeinrichtung
besteht aus einem Meßwagen mit aufmontiertem Maihak-Neigungsmesser,
der an einer Schiene vertikal verfahren werden kann, wobei
ein System von Lauf- und Führungsrollen ein Abkippen und seit-
DIE BAUTECH~IK 9.'1)70
307

Peter von Becker
Erddruck- und Wandbewegungsmessungen an zwei hohen Flügelwänden eines Brückenwiderlagers
Bild 3. Lagekontrolle des aufredttstehenden
Horizontaldrudtge.
hers während des Einhringens
und Verdidttens der nädtsten
Smüttlage
Bild 4. Meßeinrimtung zur Ermittlung Bild 5. Draufsimt auf den Meßwagell Bild 6. Meßwagen mit Neigungsmesser
der Biegelinie von Stützwänden mit Neignngsmesser. Die Lauf- während des Homziehens an der
mit Hilfe eines Maihak-Nei- und Führungsrollen sind dem einhetonierten Smiene
gnngsmessers Profil eines Doppel-T-Trägers
angepaßt. an welmem der Meßwagen
homgczogen wird
liches Verschieben des Meßwagens verhindert (Bild 4 und 5). Dazu
wurde in Wandmitte der Wandteile Bund C je ein Doppel-T-Träger
so in die außenseitige Schalung eingesetzt, daß sich ein Flansch nach
dem Betonieren frei vor der Wand befand. Während der einzelnen
Messungen wurde der Meßwagen an dieser Schiene hochgezogen und
an fixierten, ein Meter auseinanderliegenden Höhenpunkten die Neigung
gemessen (Bild 6) .
Da mit dem Neigungsmesser nur relative Winkeländerungen festgestellt
werden können, müssen diese auf einen Polstrahl bezogen
werden, wenn Angaben über absolute Wandbewegungen gemacht
werden sollen. Aus den Daten der festeingebauten Neigungsmeßgeräte
erhält man die Größe des Verdrehungsanteils an der Gesamtbewegung
des betreffenden Wandteils. Der horizontale Verschiebungsweg
s kann für jeden Höhenpunkt der Wand über die Be.
ziehung s = (X.h aus der relativen Winkeländerung (X errechnet
werden, wenn die Lage des Drehpols und damit der vertikale Abstand
des Wandpunktes vom Drehpol bekannt ist. Die Lage des
letzteren ist aus der Größe des Winkels oder aus der Geometrie des
Bauwerks allein nicht abzuleiten. Da aber wegen der guten Verzahnung
von Mauerfundament und Fels ein Gleiten in der Sohlfuge
nicht zu erwarten \var- die späteren Verschiebungsmessungen be.
stätigten diese Vermutung -, konnte der Drehpol als in der Ebene
der Gründungssohle liegend angenommen werden, denn jede Lage
unter- oder oberhalb dieser Ebene hätte eine Horizontalverschiebung
des Widerlagerfußes zur Folge. Die Kenntnis der genauen Lage des
Drehpols innerhalb der Gründungssohle ist dagegen für die Berechnung
der horizontalen Verschiebungswege in einer beliebigen Wandhöhe
nicht erforderlich-
Für die Ableitung der Biegelinien aus den Meßdaten des verfahrbaren
Neigungsmessers sind zunächst nur die Höhen der einzelnen
Meßpunkte und die dort gemessenen Winkel bekannt. Wegen der
geringen Abstände der einzelnen Höhenmeßpunkte kann die sich
zwischen zwei Punkten einstellende Formänderungslinie durch einen
Kreisbogen beschrieben werden. Die gesuchte Biegelinie setzt sich
dann aus mehreren solcher Bogenelemente zusammen. Um die Lage
der Bogenanfangs- und -endpunkte bestimmen zu können, ist ein
gemeinsamer Bezugsstrahl notwendig, der als Tangente an die
Formänderungslinie im Einspannbereich der aufgehenden Wand
gelegt wird. Mit den in Bild 7 verwendeten Bezeichnungen kann
dann schrittweise fiir jeden Höhenpunkt die Formänderung bestimmt
werden, wenn die Aufrechnung an der Einspannstelle beginnt:
'(1) = 1'(0) ..1h
1
'(0) -2(.8(1)
.
-ß(O»)
Bild 7. Ableiluug der Biegelinie aus den MeBdaleu des verfahrbaren Neigungs.
messers
Dabei entspredlen ,8(0) und ,8(1) den gemessenen Winkeln zwisdlen
dem konstanten Gebernullstrahl (A) und derTangente an den Kreisbogen
in den entspredlenden Meßpunkten.
5(2) = 5(1) + .15(2)
J5(2) = ~1) .jh
i'(1) = (/1(1) -/1(0») -2
]
(/1(2) -P(l») .
308 DIE BAUTECHNIK 911970

Peter von Bed

Petcr von Becker
Erddruck- und Wandbe\vegungsmessungen an zwei hohen Flügelwänden eines BrückenwiderlagerB
Bild 9. Setzungen und Setzungsuntersdtiede im Läng..dtnitt der Wandteile Bund C
aur Grund geodäti.dter Lagebeobadttunsen
Bild 10. Verteilung des vertikoleu und horizontolen Erddrudtes unmittelbor nod. Beendigung der Smüttorbeiten
I I -
as ta a as--
Horizonta[druck eh in "p/cml
Wandt9[ C
Wondtei[ B
Diese Beiwerte wurden mit senkrecltt stehenden Erddruckgebern
gemessen und gelten deshalb nur für senkrecltte Wandfläclten. Der
Beiwert). , der dem Erddruck auf die unter aB = 10,1° beziehungsweise
aC = 12,6° geneigten Wandteile Bund C entspricllt, kann mit
Hilfe des Mohrsclten Diagramms graphisdt bestimmt werden. Dann
wird
).B = 0,344
).C = 0,333.
Um die Meßwerte in Beziehung zu den Erddrudtbeiwerten ;.;I
und ).0 setzen zu können, wurden diese wie folgt beredtnet;
310 DIE BAUTECHNIK 9/1970

~-
.
-
Peter von Becker
Erddruck- und Wandbewegungsmessungen an zwei hohen Flügelwänden eines Brückenwiderlagers
CO82 (t> +
;.4 2 tl + V-;i-;;""iii + 6) ..in (" --pT ]2 CO! (1X-"I.
CI)
Cf}! 1X -
00. «< -6) .00. «< + P)
Mit {! = 41 0, 3 = 0, p = ° und den oben genannten Wandneigungen
ergibt sidl
fürWandteil B: 1a = 0,278
.
fürWandteil C: ).a = 0,295.
Die Beremnung des Erddruckbeiwertes 10 erfolgte einmal mit der
von Sie d e k entwickelten Interpolationsformel ).0 = 0,25 + 0,75. i.a ,
welme aum der statismen Beremnung der aufgehenden Wand zugrunde
lag, und zum anderen nam dem Ansatz von Jak Y ).0 = I -Bin {! .
Beide Beremnungsansätze führen nam F I o ß unter den gegebenen
Voraussetzungen (P = 0, {! "' 25° bis 40°) zu einer guten übereinstimmung
zwisdlen geremneten und gemessenen Werten (11]. Die
nam Mo h r für die geneigten Wandßä~en umgeremneten Erddruckbeiwerte
).0 sind dann
heiWandteil B: ).0 = 0,458 (Siedek) bzw. ).0 = 0,365 (Jaky)
bei Wandteil C: ).0 = 0,471 bzw. ).0 = 0,372.
In Bild 11 sind Erddruckverteilung und Bewegungszustand der
Wandteile Bund C unmittelbar nam Beendigung der Hinterfüllungsarbeiten
zusammen dargestellt. Die gemessene Formänderungslinie
von Wandteil C stimmt mit Ausnahme des oberen Wanddrittels
zu diesem Zeitpunkt gut mit der geremneten Biegelinie überein,
,velme sidl nam Mo h r für einen einseitig eingespannten Balken
ergibt. Für Wandteil B trifft offensidltlim dieses angenommene
statisme Modell nimt zu. Um nun auf Grund der beobamteten
Wandbewegungen (Verdrehung und Verformung) Aussagen mamen
zu können, ob der gemessene Erddruck dem Coulombsmen Erddruck
oder dem Erdruhedruck entsprimt, wurden in der folgenden Zusammenste\lung
der Meßwerte fiir das Ende des zeitlimen Bereimes
I nimt die geremneten, sondern die tatsämlim am Mauerkopf
gemessenen Formänderungen angegeben, da diese Größe und
Verteilung des Erddruckes mitbestimmt haben.
Aus der Zusammenstellung folgt, daß der Erddrud{ naro Hinterfüllungsende
beide Wandteile um 25% bis 30% geringer belastet
hat, als für die Bemessung der aufgehenden Wand nadl der Formel
).0 = 0,25 + 0,75. i.a angenommen wurde. Obwohl die Mindestwand.
bewegung s0/IJ = 1/5000, welroe zur Erzeugung des CoulombsdIen
Erddrud.es bei Verdrehung einer Wand um einen unteren Dreh.
punkt übliroer,veise als .ausreidlend angesehen wird, bei Wandteil
C leirot übersroritten ist, liegt hier der gemessene Erddruck
noro 13% über diesem Kleinstwert. Der Meßwert von Wandteil B
kommt dagegen dem Erddrud.beiwert i.o sehr nahe, wenn man den
J ä k y sroen Bereronungsansatz zugrunde legt.
Auf die Möglichkeit, daß trotz der beobachteten Wandbewegungen
der Belastungszustand naro beendigter Hinterfüllung eher dem
Ruhedrud. als dem Erddrud. nach Coulomb entsprochen haben
könnte, hat Sie d e k bereits hingewiesen [12]. Siroer ist jedodl,
daß die zu diesem Zeitpunkt gemessene Wandverbiegung allein nicht
ausgereicht hätte, den Erddruck auf den Grenz,vert abzuhauen.
Be re ich II {Zeitraum von einigen Monaten nam Beendigung
der Hinterfüllung)
Für diesen Zeitraum ist marakteristism, daß Wandteil B weiterhin
nam anßen gedreht bleibt, während sim Wandteil C im Verlauf
von wenigen Monaten wieder in Gegenrimtung neigt {Bild 12).
Gleimzeitig verändert sim die Erddruckverteilung hinter beiden
Wandteilen. Die am Wandteil Bund besonders die im außen gelegenen
Meßquersmnitt gemessenen Spannungsfigurcn zeigen eine
Erddruckverteilung, wie sie sim hinter hohen Silowänden einstellt.
Da gerade im Bereim dieses Quersmnitts der gewamsene Fels sehr
nahe an Wandteil B herantritt, kann infolge des Reibungswiderstandes
z,vismen Wand und Bösmung einerseits und dem Hinterfüllungsmaterial
andererseits in größerer Tiefe eine innere Verspannung
{Ge,völbewirkung) auftreten. Die beobamtete Erddruckverteilung
könnte aber aum darauf zurückzuführen sein, daß durm
die anfänglime Einwärtsdrehung der Wandteile die untersten
Smüttlagen besonders stark verdimtet wurden, wodurdl sim zwangsläufig
bei der durdl die spätere Auswärtsbewegung hervorgerufenen
Entlastung eine Verringerung des Erddruckes im untersten Wanddrittel
ergeben miißte.
Bei Wandteil C ist dagegen eine starke Einsmnürung der Erddruckfiguren
in "-andmitte zu beobamten. Eine solme Erddruckverteilung
ist typism für ein statismes System, welmes außer einer
Einspannstelle am MauerRuß ein Auflager am oberen Mauerende
aufweist. Eine derartige gegenseitige BeeinRusEung beider Wandteile
läßt sim nimt nur auf Grund aller gemessenen Formänderungslinien
vermuten, von denen einige in Bild 13 dargestellt sind, SOlldern
aum aus den Setzungsmessungen ableiten (Bild 9). Trotz der
völlig veränderten Smiefstellung der beiden Wandteile ergibt sim
aus den Setzungsuntersdlieden drei Monate nadl Hinterfüllungsende
mit 0,5 mm dieselbe überdriickung der Fugeneinlage, wie sit,
direkt nam Beendigung der Hinterfüllung gemessen wurde. Daraus
kann man folgern, daß keine stärkere Zusammendriickung der als
Fugeneinlage ver\\.endeten 3 cm dicken Heraklithplatte mehr möglim
war. Weiter läßt sim näherungsweise mit der gemessenen
DIE BAUTECHNIK 911970

Peter von Becker
Erddruck. und Wandhewegungsmessungen an zwei hohen Flügelwänden eines Brückenwiderlagers
C>
Bild 13. Ge;ellüberstellull; versd,iedeller W.udbewe.
;ullg.zustände und Erddrud.verteilullgell bei
Walldteil C wäbrend eines Jahres, alls meh.
rerell Messun;ell pro Zeitabsrt.nitt ~emitteJt
OK Hinterliill/.l1g r-- 6-.,..- .1,
~
\Er~druCkl
~
~
~
1, J 2 1
IWondbewegung in mm
')'(,Iltlf I
~
+1,0 +.JfJ +20 +10 .to -11 -ZJ -:IJ
WanfJ/erdrehung In Winkelsekunden
Bild 12. Verdrehungslinien his zum Absmluß der
UnIersumungen
0 a5 Zo 1.5 ZO Z5 JO 3.5 '.0 45 0 a5 Zo 15
Vertikaldruck e. in kp/cm2 Harizantaldrock ~in kp/cm2
Bild 14. Verteiluug de. verlik.len und horizonl.leu Erddrud.e. drei J.hre u.m Ferlig.lellung de. Widerl.ser.
Zusammendrückung und einem angenommenen Elastizitätsmodul
E = 10000 kp/cm2 der Heraklithplatte ein wirksamer Anpreßdruck
am Mauerkopf erreclmen. Dieser ist mit (1 = 167 kp/cm2 durmaus
in der Lage, erheblime Reibungskräfte von einem Wandteil zum
anderen zu übertragen.
Wie bereits erwähnt, wurde im zeitlimen Bereim II eine plötzlime
Einwärtsbewegung des Wandteils C beobamtet (Bild 12). Diese
müßte eine Erddruckzunahme zur Folge gehabt haben, wenn sim
die Wand um einen unteren Drehpunkt zum Hinterfüllungsboden
hin bewegt hätte. Da sim im Gegenteil der Erddruck verringerte,
kann daraus gesmlossen werden, daß sim der Wandfuß von der
Hinterfüllung wegbewegte. Diese Bewegung ist wegen der guten
Verzahnung von Fundamentbeton und Fels und auf Grund der Ergebnisse
der Versmiebungsmessungen am Wandfuß nicllt in der
Sohlfuge zu vermuten, sondern sie wird sim im Gebirge selbst
abgespielt haben. Den Beweis, daß solme Bewegungen tatsämlicll
aum auftraten, lieferte das Abwandern eines Festpunktes für die
geodätismen Messungen unterhalb des Bauwerks, was mit Hilfe
weiterer Festpunkte einwandfrei namgewiesen werden konnte.
Eine gcgenseitige Beeinflussung der beiden am oberen Ende zusammengehaltenen
Wandteile ergibt sim jetzt nimt mehr nur allein
aus der untersmiedlimen Längensteifigkeit beider Wandteile, sondern
zusätzlim nom aus dem Drehmoment infolge der Gleitbewegung
von Wandteil C. Berücksimtigt man daneben nom die aus den
versmiedenen Verformungszuständen resultierenden Belastungs-
änderungen aus seitlid1em Erddruck, weld1e sid1 wiederum auf die
Bewegungsfreiheit des statisd1en Sy&t~ms auswirken, SO wird ver.
ständlid1, warum keine malhematisd1 gesd110ssene Lösung zur Be.
red1nung des Kräftespiels möglid1 ist. Immerhin reid1en aber die
sid1 gegenseitig bestätigenden Ergebnisse der Erddruck. und Wand.
bewegungsmessungen aus, das nid1t erwartete Verformungsverhalten
der beiden Wandteile und des Untergrundes wenigstens qualilati"
zu erklären.
Be re ich III {Zeitraum bis zur Beendigung der Untersudlungen)
Im Verlauf der weiteren Messungen kamen diese, das Bauwerk
unter Umständen gefährdenden Bewegungen des Wandteils C zur
Ruhe {Bild 12). Nacll Erreidlen einer maximalen Verdrehung nadl
innen, welclle jedodl kleiner als die während der Sdlüttarbeiten
beobadltete war, neigte sidl dieser Wandteil langsam wieder in
seine Ausgangsstellung, die er zu Beginn der Untersudlungen eingenommen
hatte, zurück. Wandteil B vergrößerte bis zum Absdlluß
der Messungen seine auswärts geridltete Neigung um etwa 13°10
gegenüber dem Zustand nadl beendigter Hinterfüllun~.
Für den Bereidl III stehen keine Ergebnisse von Wandverformungsmessungen
zur Verfügung, da sidl diese nadl dem {jbersdlütten
des luftseitigen Widerlagerfußes nidlt mehr durdlführen
ließen. Aus diesem Grund ist eine Aussage, wie sidl der weitere
Verlauf der Wandverbiegungen auf die Erddruckverteilung ausgewirkt
hat, nidlt möglidl.
312 DIE DAUTECHNIK 9!1970

Peter von Beclcer
Erddruclc- und Wandhewegungsmessungen an zwei hohen Flügelwänden eines Brüclcenwiderlagers
Bei einem Vergleidl der Erddruckbelastung nadl Absmluß der
Untersumungen mit der nadl beendigter Hinterfüllung (Bild 14)
ergibt sidl eine übereinstimmung nur in den gemessenen Vertikaldrücken,
während die horizontalen Erddrücke eine sehr untersdliedlime
Verteilung aufweisen. Bei Wandteil C hat sidl im unteren
Wandbereim der Erddruck größenordnungsmäßig nimt verändert,
während in der oberen WandhäIfte eine starke Zunahme des
Erddruckes festzustellen ist. Diese Druckerhöhung wurde audl bei
Wandteil B beobamtet, obwohl sidl dessen Neigung in den drei
Jahren zwismen Hinterfüllungsende und dem Absmluß der Untersumungen
nur unwesentlidl veränderte.
Vergleimt man die Erddruckverteilung hinter beiden WandteileIl
miteinander, so fällt auf, daß in den jeweils zur Talseite hin gelegenen
Meßquersmnitten die geringeren Drücke gemessen wurden,
Diese Ausbildung des Erddruckes könnte auf ein untersmiedlimes
Formänderungsverhalten der einzelnen Wandquersmnitte und damit
auf eine Verwindung der Wandsmeiben hinweisen. Eine soldle
wäre audl denkbar, denn entgegengerimtete Wandverdrehungswinkel,
wie sie zu diesem Zeitpunkt mit den in Wandmitte installierten
Neigungsmeßgeräten registriert wurden, müssen zwangsläufig
zu einer Verwindung der beiden Wandteile führen, wenn
diese an der Trennflädle zusammengehalten werden. Demnadl
smeint die elastisme Kopplung der Wandteile Bund C am Mauerkopf
audl drei Jahre nadl Fertigstellung des Bauwerkes nodl vorhanden
gewesen zu sein.
4. Zusammenfassung und Smlußfolgerungen
Die Ergebnisse der Erddruck- und Wandbewegungsmessungen an
den beiden etwa 16 mund 13 m hohen Wandteilen des nördlimen
Widerlagers der Rahmedetalbrücke können wie folgt zusammengefaßt
werden:
1. Die ungünstigen Gründungsverhältnisse für das Stützbauwerk
haben zu unerwarteten Wandbewegungen geführt. Während sim
beide Wandteile vom Beginn der Hinterfüllung zunädist nam
innen und mit steigender Smütthöhe auswärts drehen, bildet
sim nam dem Ende der Smüttarbeiten, wahrsmeinlid. von Be.
wegungen einzelner Sdiollen des Gebirges verursadit, eine Gegenläufigkeit
in der Neigungsrimtung der beiden Wandteile aus.
Gleidizeitig führen Setzungsuntersmiede in Längsriditung des
Widerlagerflügels zu einer überdrückung der Fugeneinlage zwismen
beiden Wandteilen. Beides beeinflußt deren Formänderungsverhalten,
so daß die gemessenen Biegelinien der Stützwände
nimt mehr mit denen eines einseitig eingespannten
Balkens zu vergleichen sind. Unmittelbar nam Beendigung der
Hinterfüllung wurde die zur Erzeugung des Coulombsdien Erddruckes
für erforderlim gehaltene Mindestwandbewegung: von
1/5000. II bei Wandteil B nimt erreimt, bei dem böheren Wandteil
C jedom leicht überschritten.
2. Größe und Verteilung der Erddrücke in den vier Meßquerschnitten
haben sich im Untersumungszeitraum von drei Jahren ständig
verändert. Die unmittelbar nam beendigter Hinterfüllung
gemessene dreiecksförmige Druckverteilung stellt Dur ein Zwismenstadium
dar. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sim ein Erddruckbeiwert
AB = 0,344 beziehungsweise Ac = 0,333, bezogen auf di"
geneigten Wandflächen, welmer zu einer um 250/0 bis 30% geringeren
Belastung führt, als sie für die Bemessung der aufgehenden
Wand angenommen wu~de. Trotzdem liegt der gemessene
Erddruck in der Nähe des Erdruhedruckes, wenn der
Beremnungsansatz von Jak y lo = I -sin e zum Vergleim herangezogen
wird. Die im ,,-eiteren Verlauf festgestellten Veränderungen
der Druckverteilung sind auf die wechselnden Bewegungsvorgänge
im Untergrund und auf die davon beeinflußten Form.
änderungen der aufgehenden Wand zu erklären. Daneben köunen
sie audl eine Folge von Spannungsumlagerungen innerhalb
des Hinterfüllungsmaterials sein.
3. Ein Vergleich mit den bei einigen Versumen [13], [14] an biegsamen
Modellwänden gefundenen Zusammenhängen zwischen
Wandbewegung und sim ausbildendem Erddruck wird dadurdl
erschwert, daß bei diesen die Bewegungsmöglichkeiten, wie sie
in dem untersuchten Fall vorhanden waren, fehlten. So weist
Neu rn eu er [15] schon darauf hin, daß lotrechte Bewegungen
des Stiitzbauwerkes zusätzlich zu den horizontalen infolge
Verdrehung und Wandverformung das Auftreten von Gleit-
ßädien im Hinterfüllungsmaterial begünstigen, und deshalb geringere
Wandbewegungen genügen, um den Coulombsdien Erddruck
zu erzeugen.
4. Die bescllriebenen Meßverfahren haben sidi bis zum AbsdiluC
der Untersucllungen voll bewährt. Der Einbau der Erddruckgeber
mit einem geringen Wandabstand war zweckmäßig und
vermied die bekannten Sdiwierigkeiten bei einem Einbau soldier
Meßgeräte in der Grenzsdtidit von Beton und Boden. Die Reproduzierbarkeit
der mit den Glötzl.Gebern gemessenen Werte
zeigte sidi bei aJl~n Messungen und am deutlicllsten in der fast
~nveränderten Vcrtikaldruckverteilung zu Beginn und zum Eude
der Untersudtungen. Aus diesem Grund kann aucll den sidi ständig
verändernden Horizontaldruckmeßwerten ein relativ großer
Aussagewert beigemessen werden. Durdi die Anordnung von insgesamt
36 Erddruckgebern, vou denen bis zum Abscllluß der
Messungen keiner ausfiel, konnte neben der Verteilung des Erddruckes
in vier beziehungsweise fünf versdtiedenen Höhenpunkten
aucll dessen räumlidie Ausbildung 1111 jeweils zwei Me!.1-
quersclmitten pro Wandteil erfaßt werden.
Mit dem entwickelten verfahrbaren Neigungsmesser zur direkten
Messung der Biegelinien steht ein V erf ahren zur Verfügung,
weldies mit geringen Änderungen in der Anwendungstedinik
bei weiteren Untersudtungen an hohen Stützbauwerken eingesetzt
werden kann.
5. Die vorliegenden Untersucllungsergebnisse lassen keine allgemeingültigen
Sdilußfolgerungen für die Bemessung von hohen
Stützbauwerken zu, da einige Probleme wegen der ungewöhnlidien
Reaktion der Wandteile auf die nidit erwarteten Untergrundbewegungen
ungelöst bleiben mußten. Bei dem hier vorgefundenen
wenig standfesten Fels reicllte die Verformbarkeit
des Untergrundes und der Stützwand, welche nach Zustand I
bemessen ist, offensichtlich nicht aus, den Ruhedruck auf den
Coulombschen Erddruck abzubauen. Hier tritt ein gegenüber
diesem Grenzwert erhöhter Erddruck anf. Um welches Ausmaß
der Erddruck zu erhöhen ist, hängt niclrt nur von der Festigkeit
des Felsgesteins, sondern aucll von der Morphologie und den
Verformungseigensdiaften des Gebirges ab. Wenn es sidl um
einen standfesten Fels oder um einen Untergrund handelt, dessen
Verformbarkeit nidlt sicher vorherbestimmt werden kann, wird
empfohlen, hohe Stützwände mit dem Erdruhedruckbeiwert
lo = 1 -sin (! nadi J a k y zu beredinen.
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