Bodengewölbe unter ruhender und nichtruhender Belastung bei ...

Vorwort des Herausgebers
Die vorliegende Arbeit von Herrn Dr.-Ing. Claas Heitz schließt zunächst unsere Forschungsaktivitäten
ab, die sich schwerpunktmäßig mit der Ausbildung von Bodengewölben über punkt- und
linienförmigen Auflagerungen mit und ohne Bewehrungseinlagen beschäftigt haben. Mit den
Untersuchungen von Zaeske (Heft 10, 2001, dieser Schriftenreihe) wurde das Tragverhalten entsprechender
Bodengewölbe unter ruhenden Belastungen wissenschaftlich analysiert und daraus
ein „Stand der Technik“ abgeleitet, der auch weitgehend in die Neubearbeitung der zuständigen
nationalen Empfehlung EBGEO zur Thematik Eingang gefunden hat. Allerdings waren dabei
noch eine Reihe von wissenschaftlichen Fragen offen, die sich besonders daraus ergaben, dass die
Gewölbemodelle primär im Verkehrswegebau als geokunststoffbewehrte Tragschichten über
Pfahlelementen ausgeführt werden. Dabei spielt das Verbundverhalten Tragschicht, Bewehrung
und Stützpunkte sowie ganz besonders auch eine nichtruhende Belastung aus den Verkehrslasteinwirkungen
eine große Rolle.
Hier setzen nun die Untersuchungen von Herrn Heitz ein, wobei methodisch umfangreiche Modellversuche
im Maßstab von etwa 1:3 zur Gewölbeausbildungen am Pfahlrasterausschnitt sowie
am Dammquerschnitt mit Berücksichtigung der Böschungssituation vorgenommen wurden. Die
Modellversuche wurden in einer differenzierten numerischen Analyse mit der Methode der finiten
Elemente (FEM) verifiziert und darauf aufbauend modifizierte analytische Berechnungsansätze
entwickelt.
Zusammenfassend kommt es bei zyklischen Beanspruchungen im unbewehrten System zu einer
Gewölberückbildung verbunden mit erhöhten Systemverformungen. Die Pfahlköpfe stanzen sich
dabei von unten in die Tragschicht ein. Die Größe der Gewölberückbildung ist abhängig von der
Überdeckungshöhe, der Belastungsfrequenz, der Lastzyklenzahl sowie der zyklischen Belastungsamplitude
in Relation zur statischen Überlagerungsspannung. Mit abnehmender Höhe, zunehmender
Frequenz, zunehmender Zyklenzahl und Belastungsamplitude tritt eine Gewölbereduktion
verstärkt ein. Eine erhöhte Primärspannung kann dazu führen, dass die Bodengewölbe überdrückt
werden und dadurch gegenüber zyklischer Beanspruchung stabiler sind. In Abhängigkeit des
Überdeckungshöhen-Stützweitenverhältnisses (h/s) können zwei Bereiche unterschieden werden.
• Für etwa h/s ≥ 1,5 gibt es nur eine geringe bis keine Gewölbereduktion, wobei die nichtruhende
Beanspruchung weitgehend durch innere Reibungskräfte aufgenommen werden können.
• Für etwa h/s < 1,5 tritt eine teilweise bzw. eine vollständige Gewölbereduktion ein.