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geneigten Ebene - Bauverlag

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Erdbau<br />

Erddruck<br />

Erddruck nach dem<br />

physikalischen Gesetz der<br />

„<strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong>“<br />

Grundlagen einer neuen Erddrucktheorie<br />

Bauwerke tangieren unser Leben. Wir werden aufmerksam auf sie, wenn<br />

sie mal ihre Aufgabe nicht erfüllen. Heute kann ein Schaden an einem<br />

Haus, einer Brücke, einer Stützmauer auftreten und morgen an einer<br />

Wasserleitung oder einem Abwasserkanal. Trotz der unterschiedlichsten<br />

Funktionen haben die Bauwerke eine gravierende Gemeinsamkeit:<br />

Sie müssen den Kräften des Erdreichs, des Füllbodens, dauerhaft widerstehen.<br />

Dipl.-Ing. Norbert Giesler, Lohfelden<br />

1 Vorbemerkungen<br />

Die Berechnung des Erddrucks wird in<br />

unterschiedlichen Regelwerken vorgegeben.<br />

Jeweils als Grundlage dient die Erddruck-Theorie<br />

des Physikers Coulomb<br />

(1736 –1806).Die Überprüfung der geltenden<br />

Erddrucklehre zeigt aber auf, dass sie<br />

weder den physikalischen Gesetzen noch<br />

dem realen Bodenverhalten folgt. Sie geht<br />

von einer steten Reibung des Erdreichs am<br />

Bauwerk aus, über die der Erddruck in<br />

Größe und Richtung berechenbar sein<br />

soll.Ebenso unnachvollziehbar ist die Festlegung,<br />

dass der Erddruck (E a) konstant im<br />

unteren Drittel der Wandhöhe (Angriffshöhe)<br />

auf die Wand einwirkt, s. Bild 1.<br />

Unpassend und durch nichts zu belegen<br />

erscheinen auch die nachstehenden<br />

vereinfachenden Annahmen der Lehre:<br />

1. das Erdreich ist gleichmäßig und kohäsionslos,<br />

2. die Wand dreht sich um ihren unteren<br />

Fußpunkt vom Erdreich weg,<br />

3. der Wandreibungswinkel ist bekannt,<br />

ungünstigenfalls = 0° (waagerecht),<br />

4. die entstehende Gleitfläche ist eine<br />

<strong>Ebene</strong>,<br />

5. der Erddruck wirkt dreiecksförmig, wobei<br />

seine größte H-Kraft auf der Sohlebene<br />

liegt.<br />

Bild 1: Erdruckverteilung<br />

Nach derzeitiger Theorie ist die Kraft<br />

(E a) über die nachstehende Formel zu errechnen:<br />

E a = 0,5 • h 2 • • K a<br />

Die Formel beinhaltet die Erddruckhöhe<br />

(h),die Bodenwichte () und den Beiwert<br />

(K a).Der Beiwert steht für den aktiven<br />

Erddruck, der nach geltender Lehre abhängig<br />

ist vom Winkel der inneren Reibung<br />

des Bodens und nach Marston über<br />

die Formel (K a = tan 2 (45°- ’2) berechnet<br />

wird.<br />

Die festgestellten Mängel in der derzeitigen<br />

Erddrucklehre lassen berechtigte<br />

Zweifel an der Verlässlichkeit von Normen<br />

und Regelwerken aufkommen.<br />

2 Betrachtungen zum<br />

allgemeinen Bodenverhalten<br />

Neu wird erkannt, dass Boden, ähnlich<br />

wie Luft und Wasser,unter ständiger Spannung<br />

steht. Hierbei ist die Erdanziehung<br />

der Initiator der Spannungen. Gegenläufige<br />

Horizontalkräfte halten das Gleichgewicht<br />

im Erdreich. Natürliche oder bauliche<br />

Eingriffe stören den passiven Spannungszustand<br />

im Boden und setzen Kräfte<br />

frei. Der Spannungsauf- oder -abbau vollzieht<br />

sich über Keilformen,die von den bodenspezifischen<br />

Werten und der Lage im<br />

System abhängig sind. Lagerungsdichte,<br />

Wichte und Neigungswinkel bestimmen<br />

die Geometrie der Keile. Ihre Größe und<br />

damit die Intensität des Erddrucks hängen<br />

von der Tiefe der Störungsstelle zur Geländeoberfläche<br />

ab.<br />

In der Natur lassen sich drei Erdkeiltypen<br />

lokalisieren. Die Schwerpunktlage im<br />

Keil bestimmt, ob horizontale Kräfte im<br />

Keil entstehen können oder nicht. Unterschiedliche<br />

Horizontalkräfte im Boden<br />

gleichen sich im Laufe der Zeit an und verändern<br />

damit ihre Stärke und ihren Angriffspunkt<br />

auf das Bauwerk.<br />

46 tis 3/2005


Bild 2: Stehender Erdkeil<br />

Bild 3: Liegender Erdkeil<br />

Bild 4: Gekappter Erdkeil<br />

Kraftrichtungen sind<br />

schraffiert dargestellt<br />

Der stehende Erdkeil wird begrenzt<br />

durch eine lotrechte Wand, die natürliche<br />

Neigungsebene des Bodens und die<br />

Geländeoberfläche. Sein Schwerpunkt<br />

liegt im oberen Drittel des Dreiecks. Horizontaler<br />

Druck baut sich gegen die Wand<br />

auf, weil die Bodenmassen infolge der<br />

Erdanziehung auf der Neigungsebene abgleiten<br />

wollen,jedoch durch die reale oder<br />

imaginäre Wand daran gehindert werden,<br />

s. Bild 2.<br />

Der liegende Erdkeil bildet das Gegenstück<br />

zum stehenden Keil. Seine Bodenmassen<br />

haben infolge der Schwerpunktlage<br />

im unteren Drittel keinen Bewegungsdrang<br />

und können somit keine Horizontalkräfte<br />

entwickeln, die über die Neigungsebenen<br />

(Böschungslinien) hinaus wirken,<br />

s. Bild 3.<br />

Der gekappte Erdkeil stellt einen stehenden<br />

Keil dar, dem im oberen Bereich<br />

eine Dreiecksfläche abgetrennt worden<br />

ist. Die Lage des Schwerpunktes erlaubt<br />

dem gekappten Keil eine Erddruckkraft zu<br />

entwickeln, s. Bild 4.<br />

Trotz ihrer Verschiedenartigkeit stehen<br />

die einzelnen Keiltypen in einem festen<br />

Verbund zueinander. Sie können horizontal<br />

verschoben, geteilt oder gespiegelt<br />

werden, ohne dass sie ihre natürliche Verhaltensweise<br />

aufgeben. Nimmt der Boden<br />

eine andere Keilform an, verändern sich<br />

auch seine Bodenkennwerte (Wichte, Lagerungsdichte,<br />

Neigungswinkel). Das Bodenverhalten<br />

entspricht im Groben dem<br />

Wechselspiel einer Sanduhr. Auch hier<br />

folgt der Sand im oberen Behälterteil der<br />

Schwerkraft, gleitet letztendlich auf der<br />

<strong>geneigten</strong> Behälterwand ab, rieselt nach<br />

unten und lagert hier. Aus zwei spiegelbildlichen<br />

stehenden Erdkeilen entwickelt<br />

sich am Glasboden ein kraftloser liegender<br />

Erdkeil. Dreht man die Uhr um, kommt<br />

der einst ruhende Sand wieder in Bewegung<br />

und entfaltet erneut seine Kräfte,die<br />

ihm durch das Drehen der Sanduhr<br />

zurückgegeben worden sind (Schwerpunktverlagerung).<br />

Auch Erdbauarbeiten laufen nach dem<br />

Sanduhr-Schema ab. Wird ein gewachsener<br />

Boden (stehender Erdkeil) abgetragen<br />

und gelagert (liegender Erdkeil),verändert<br />

die Abgrabung nicht nur den Schwerpunkt<br />

im Erdkeil,sondern durch die eingetretene<br />

Auflockerung auch seine Geometrie,<br />

die durch die neue Lagerungsdichte<br />

(dB), Wichte ( B) und Neigungswinkel ( B)<br />

des Schüttgutes bestimmt wird. Baut man<br />

den gelagerten Boden als Bauwerkshinterfüllung<br />

wieder ein, entsteht wieder ein<br />

stehender Erdkeil mit dem Schwerpunkt<br />

im oberen Drittel, der Erddruck erzeugt.<br />

Diagr. 1: Geometrie der einzelnen Bodenarten von<br />

Fels bis zum wassergelösten Boden<br />

Eingebrachte Verdichtungsenergie lässt<br />

die Rückkehr der ursprünglichen Bodeneigenschaften<br />

bis zu einem bestimmten<br />

Maß wieder zu.<br />

3 Betrachtungen zu den<br />

Bodeneigenschaften<br />

Die Evolution und die Zeit haben eine<br />

Vielzahl von Bodenarten entstehen lassen,<br />

die trotz unterschiedlicher Eigenschaften<br />

Erddruck<br />

Erdbau<br />

tis 3/2005 47


Erdbau<br />

Erddruck<br />

Bild 5:Vorlage<br />

FH = G • h / l = G • sin <br />

FN = G• b / l = G • cos <br />

Bild 6: Rad, aus Winkel wird <br />

Bild 7: Keil, aus Winkel wird <br />

aber nur einen Ursprung haben können.<br />

Jede Bodenart trägt damit ihre spezifische<br />

Struktur (Geometrie) in sich. Vereinfacht<br />

ausgedrückt ist es möglich, alle Bodenarten<br />

über ihren Neigungswinkel ( B) zwischen<br />

festem Fels ( B = 90°) und Wasser<br />

( B = 0°) stufenlos einzugruppieren.<br />

Wie die Bestimmung des Neigungswinkels<br />

( B) lässt sich auch die Wichte des<br />

ungestörten Erdreichs bei der angenommenen<br />

Lagerungsdichte (dB = 100 %) geradlinig<br />

zwischen schwerem Fels<br />

( B ~ 30 kN/m 3 ) und wassergelösten Böden<br />

( B > 10 kN/m 3 ) ermitteln.<br />

Somit grenzt die Geometrie einer Bodenart<br />

die Kraftgrößen und Kraftrichtungen<br />

im Erdkeil ein. Die Kräfte verändern<br />

sich daher nur proportional zur Keilhöhe.<br />

Die feste Bindung von Bodenart und Keilgeometrie<br />

ermöglicht es, Größe und Angriffshöhe<br />

der horizontalen Erdkraft (Erddruck)<br />

der verschiedenen Bodenarten im<br />

Diagramm darzustellen.<br />

Die Grafik widerlegt die Behauptung<br />

der derzeitigen Erddrucklehre, dass der<br />

Kraftangriff des Erddrucks für alle Bodenarten<br />

gleich in 1 / 3 der Berechnungshöhe<br />

erfolgt.<br />

Vielmehr ist es richtig, dass jede Bodenart<br />

eine andere Angriffshöhe ausbildet,<br />

die nur beim bindigen Boden (weich)<br />

bei ca. 1 / 3 Höhe liegt, bei Kies (dicht gelagert)<br />

aber den Wert (6,71 m/10,0 m) einnimmt.<br />

Es bleibt die Frage offen, wie kann die<br />

derzeitige Erddrucklehre passend sein,<br />

wenn bereits ihre Grundlagen unstimmig<br />

sind?<br />

Für das Diagramm (1) wurde eine Grabentiefe<br />

von 10 m gewählt. Die Neigungsebene<br />

der jeweiligen Bodenart steigt vom<br />

Nullpunkt (Sohle) unter dem spezifischen<br />

Neigungswinkel ( B) bis zur Geländehöhe<br />

auf. Winklig auf die Neigungsebene setzt<br />

die Scherebene auf, welche die Y-Achse in<br />

Geländehöhe schneidet. Die Länge der<br />

Waagerechten vom Schnittpunkt der Neigungsebene<br />

mit der Scherebene bis zur Y-<br />

Achse entspricht der H-Kraft (in Meter)<br />

und die Höhe vom Fußpunkt bis zur Waagerechten<br />

drückt die Hv-Kraft (in Meter)<br />

aus. Diese Höhenlage entspricht der Angriffshöhe<br />

(m) des Erddrucks dieser Bodenart<br />

gegen die Grabenwand.<br />

Über die Multiplikation der im Diagramm<br />

messbaren Längen/Höhen mit einem<br />

so genannten Divisor (Div) kann der<br />

reale Erddruck (kN/m) der jeweiligen Bodenart<br />

ermittelt werden. Der Nachweis zu<br />

den vorgenannten Fakten wird nachstehend<br />

über das physikalische Gesetz der<br />

<strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong> geführt.<br />

4 Erddruck nach dem<br />

physikalischen Gesetz der<br />

<strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong><br />

Der spezifische Neigungswinkel ( B)<br />

einer Bodenart stellt sich ein, wenn ohne<br />

äußere Einwirkungen Bodenmassen aus<br />

einer lotrechten Grubenwand nach Überwindung<br />

der Rückhaltekräfte (Kohäsion<br />

und innere Reibung) abgleiten bzw. abrollen.<br />

Die Tatsache, dass eine rollende Last,<br />

auf einer <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong> gegen ein Hindernis<br />

gestellt, horizontale Kräfte aufbaut,<br />

hat zu der Überzeugung geführt, dass<br />

auch ein Bodenkeil auf seiner natürlichen<br />

Neigungsebene Kräfte gegen eine reale<br />

oder imaginäre Wand erzeugt, ohne dass<br />

er dazu in Bewegung geraten muss.<br />

Unter dem Begriff „geneigte <strong>Ebene</strong>“<br />

wird im Taschenbuch der Physik eine<br />

Fläche beschrieben, die gegen die Horizontale<br />

geneigt ist. Die Formeln der <strong>geneigten</strong><br />

<strong>Ebene</strong> finden dort Anwendung,<br />

wo Lasten auf einer <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong> heraufgezogen<br />

oder hangabwärts gebremst<br />

werden müssen (Lit.-Angabe 2, Abschnitt<br />

5.5.6).<br />

Bild 8: Lastanteile FH u. FN<br />

Für die Belange des Bauwesens sind<br />

Umstellungen in den Vorgaben getätigt<br />

worden.Der Winkel () der <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong><br />

ist auf den Neigungswinkel () umbenannt<br />

und die rollende Last durch einen<br />

abgleitenden Erdkeil ersetzt worden. Unverändert<br />

bleiben die Laststellung auf der<br />

Neigungsebene und die Zuordnung der<br />

einzelnen Kräfte (vergleiche Bilder 5 mit 6<br />

und 7).<br />

Geneigte <strong>Ebene</strong><br />

G<br />

FH<br />

FN<br />

b<br />

I<br />

Gewichtskraft des Körpers<br />

Hangabtriebskraft<br />

Normalkraft<br />

Basis der <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong><br />

Länge der <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong><br />

48 tis 3/2005


h Höhe der <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong><br />

Neigungswinkel ( B)<br />

G = A • • dB<br />

FH = G • sin <br />

Hv = F H • sin <br />

Hf = F H • cos <br />

FN = G • cos <br />

Nv = F N • cos <br />

Hn = F N • sin <br />

■ in die Hangabtriebskraft parallel zur <strong>geneigten</strong><br />

<strong>Ebene</strong> und<br />

■ in die Normalkraft rechtwinklig zur <strong>geneigten</strong><br />

<strong>Ebene</strong> (Buchvorlage s. Bild 5).<br />

Darüber hinaus lassen sich diese<br />

beiden Kräfte weiter in ihre horizontalen<br />

und vertikalen Kraftkomponenten unterteilen.<br />

Das physikalische Gesetz der <strong>geneigten</strong><br />

<strong>Ebene</strong> ist anwendbar für die<br />

Kraftermittlung im stehenden, liegenden<br />

oder gekappten Keil. Entsprechende<br />

Nachweise werden im Internet geführt:<br />

http://www.erddruck.de (im Aufbau).<br />

den. Die Berechnungslänge misst in der<br />

Regel 1 m. Die Lastflächen und die Kraftrichtungen<br />

der Hangabtriebskraft (FH) sowie<br />

der Normalkraft (FN) sind im Bild 8<br />

schraffiert dargestellt. Die Schraffuren lassen<br />

erkennen,dass die Normalkraft (FN) einen<br />

Anpressdruck auf die geneigte <strong>Ebene</strong><br />

ausübt und die Last der Hangabtriebskraft<br />

(FH) auf der Neigungsebene abgleiten<br />

würde, wenn sie nicht durch eine reale<br />

oder imaginäre Wand daran gehindert<br />

wird.<br />

Die Zerlegung der Gewichtskraft (G) in<br />

ihre vertikalen und horizontalen Kräfte<br />

wird im Bild 9 gezeigt.<br />

Erddruck<br />

Erdbau<br />

Bild 9: Kräfte im Keil<br />

Bild 12: Lastfläche einer Grabenverfüllung<br />

Bild 14: Kraftfläche des anstehenden Bodens<br />

Bild 10: Kraftfläche der Kraft FN<br />

Bild 13: Kraftfläche der Kraft Hv + Nv<br />

Bild 11: Kraftfläche der Kraft FH<br />

Die Gewichtskraft (G) des Körpers, der<br />

auf die <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong> gestellt wird,lässt<br />

sich in zwei Kraftkomponenten zerlegen,<br />

die zueinander einen rechten Winkel bilden:<br />

4.1 Erddruck im stehenden<br />

Erdkeil<br />

Die Gewichtskraft (G) errechnet sich<br />

über die Fläche (A) des Keils, multipliziert<br />

mit der Bodenwichte (), wobei die Keilhöhe<br />

mit (h), seine Breite mit (b) und der<br />

Neigungswinkel mit ( B) bezeichnet wer-<br />

Bild 15: Bezeichnungen der Kraftgrößen<br />

Die Summe der Vertikalkräfte (Nv +<br />

Hv) ergibt wieder die Kraft (G).Die H-Kräfte<br />

(Hf + Hn) sind gleich groß, wirken aber<br />

in gegensätzlicher Richtung. Die Kraftflächen<br />

der Normalkraft (FN) und der<br />

Hangabtriebskraft (FH) und ihre Kraftrichtungen<br />

werden in den nachstehenden Fi-<br />

tis 3/2005 49


Erdbau<br />

Erddruck<br />

guren wieder durch entsprechende<br />

Schraffuren angedeutet.<br />

Die Kraftfläche der FN-Kraft unterteilt<br />

sich in die schraffierten Flächenanteile der<br />

Nv- und Hn-Kraft, wobei die Hn-Kraft den<br />

größeren Flächenanteil im Dreieck einnimmt,<br />

s. Bild 10.<br />

In gleicher Weise platzieren sich die<br />

Hv- u. Hf-Kraft in der Kraftfläche der FH-<br />

Kraft, s. Bild 11.<br />

Für die Ermittlung der maßgebenden<br />

Rohrbelastung ist ein Abgleich der<br />

H-Kräfte aus der Grabenverfüllung und<br />

Das Gleichgewicht im Keil wird aber so lange<br />

gehalten, wie die Geometrie des Bodens<br />

stimmig bleibt. Verdichtungsenergie<br />

erhöht die Wichte, Lagerungsdichte und<br />

den Schüttwinkel ( S), kann die physikalische<br />

Gesetzgebung im Bodenaufbau aber<br />

nicht verändern,d. h.,Böschungen mit nicht<br />

angepasstem Böschungswinkel kommen<br />

trotz bester Verdichtung in Bewegung.<br />

Ersetzt man den Baustoff „Boden“<br />

durch „Stein“, offenbart sich eine Verbindung<br />

zu den altägyptischen Pyramiden.<br />

Mit den Neuerungen zum Gesetz der „<strong>geneigten</strong><br />

<strong>Ebene</strong>“ lassen sich über die Steinqualität<br />

der zulässige Neigungswinkel einer<br />

Pyramide sowie die Spannungen im<br />

Bauwerk errechnen. Für die Steinprüfung<br />

reicht ein gezielter Hammerschlag auf die<br />

Steinoberfläche aus,um an der Bruchstelle<br />

den Neigungswinkel (ß B) zu messen.<br />

Bild 16: Liegender Erdkeil<br />

Die Kraftverteilung im Erdkeil zeigt<br />

deutlich, dass die H-Kräfte (Hf u. Hn) sich<br />

im oberen Bereich des Keils konzentrieren<br />

und nicht in 1 / 3 der Berechnungshöhe<br />

(derzeitige Annahme).<br />

Im Kanalbau ist die Neigungsebene<br />

des stehenden Erdkeils tangential an das<br />

Rohr anzulegen, da nur die Bodenmassen<br />

oberhalb der Neigungsebene Horizontalkräfte<br />

erzeugen können, die zur Minderung<br />

der Rohrauflasten führen, s. Bild 12.<br />

Die Rohrbelastung addiert sich aus der<br />

Hv-Kraft des Erdkeils und den V-Kräften,<br />

die zwischen der Neigungs- und Rohrscheitelebene<br />

auftreten. Zur vertikalen<br />

Rohrlast zählt auch die Reaktionskraft der<br />

Normalkraft (Nv), die dem Anpressdruck<br />

auf die Neigungsebene zu widerstehen<br />

hat. Ihre vertikale Komponente ist in Bild<br />

13 dargestellt.<br />

Die vorgestellten Figuren und deren<br />

Kraftbezeichnungen beziehen sich auf das<br />

Kraftfeld der Grabenverfüllung.<br />

Wie auch bei der Grabenverfüllung<br />

baut sich das Kraftfeld des anstehenden<br />

Bodens auf.Zur Vermeidung von Verwechselungen<br />

sind die Bezeichnungen der beiden<br />

Kraftfelder unterschiedlich angelegt.<br />

So unterteilt sich die Kraftfläche (Po)<br />

des anstehenden Bodens in die Normalkraft<br />

PN und in die Hangabtriebskraft PH.<br />

Die Kräfte (Nn) u. (Pv) stellen hier die vertikalen<br />

und die Kräfte (Pn) u. (Ph) die horizontalen<br />

Komponenten dar.<br />

Bild 17: Gekappter Erdkeil<br />

dem anstehenden Boden (Hf u. Ph)<br />

durchzuführen, wobei die geringere<br />

H-Kraft für die weitere Berechnung anzusetzen<br />

ist.<br />

Diagramm 2: Realer Erddruck der einzelnen Bodenarten<br />

4.2 Erddruck im liegenden<br />

Erdkeil<br />

Wie vorgetragen, kann ein liegender<br />

Erdkeil (Bodenmiete) keine H-Kräfte erzeugen,<br />

die über die Böschungsflächen<br />

hinaus wirken. Innerhalb entstehen aber<br />

Bodenspannungen nach der gleichen<br />

physikalischen Gesetzgebung wie beim<br />

stehenden Keil, nur halt spiegelbildlich.<br />

Im liegenden Erdkeil gibt es die Kraft<br />

(Hf ), welche den Keil zusammenhält, und<br />

die gleich große Kraft (Hn) in der Keilsohle,<br />

die den Keil auseinander treiben möchte.<br />

4.3 Erddruck im gekappten<br />

Erdkeil<br />

Der gekappte Erdkeil kommt u. a. in<br />

Erddämmen oder Erdanschüttungen gegen<br />

Wände vor. Ihm fehlt die Keilfläche<br />

(A2) und damit der Lastanteil der Normalkraft<br />

(FN). Für den Kraftaufbau steht nur<br />

die Hangabtriebskraft (FH) zur Verfügung,<br />

vgl. Bilder 11, 15 u. 17.<br />

Trotz des Unterschiedes zum stehenden<br />

Keiltyp bleibt beim gekappten Keil<br />

die Angriffshöhe der resultierenden H-<br />

Kraft (Hf ) in gleicher Höhe. Jedoch mindert<br />

sich der Erddruck gegen die Wand infolge<br />

der geringeren Gesamtlast. Die Hn-<br />

Kraft wird über die Sohle des zuzuordnenden<br />

liegenden Keils abgebaut, siehe<br />

Bilder 16 und 17.<br />

50 tis 3/2005


5 Erddruck in Abhängigkeit zur<br />

geometrischen Figur<br />

anzumerken, dass die neue Erddruck-<br />

Theorie nur auf dem physikalischen Gesetz<br />

Kräfte (Erddruck) aufbauen oder übertragen<br />

zu können.<br />

der <strong>geneigten</strong> <strong>Ebene</strong> aufbaut und un-<br />

9. Schwerer Fels entwickelt keine H-Kräf-<br />

belegbarer Annahmen nicht bedarf (derzeitige<br />

Erddruck-Lehre).Eine Vielzahl prak-<br />

10. Die Angriffshöhe des Erddrucks auf<br />

te, wassergelöste Böden die größten.<br />

Die einheitliche Geometrie des Bodens<br />

ermöglicht es, die Kraftgrößen (kN)<br />

tischer Beispiele offenbart die Anwendbarkeit<br />

dieser Berechnungsart für alle Be-<br />

der Bodenart abhängig (Kies ~ 0,67<br />

eine reale oder imaginäre Wand ist von<br />

über einen Divisor (Div) auf Kraftlängen in<br />

Meter umzurechnen oder umgekehrt<br />

reiche des Erdbaues (z. B. Nachweise über Berechnungshöhe, bindiger Boden<br />

Teillängen der geometrischen Figur in<br />

Böschungs- u. Dammverhalten, Untergrabungen<br />

im Boden, Verfüllungen von Bauhöhe).<br />

[plastisch] 0,50 der Berechnungs-<br />

Kraftgrößen umzuwandeln, z. B. aus der<br />

Kraft (Hv) geteilt durch den Div entsteht<br />

gruben,Anfüllungen an Gebäude,Stütz- u. 11. Ähnlich wie die Isobaren beim Luftdruck<br />

lassen sich Isolinien des glei-<br />

die Kraftlänge (hv) in Meter. Der Divisor<br />

Kellerwände, Leitungs- u. Tunnelbau, Abtragung<br />

von Auflasten – Grundbruch).<br />

chen Erddruck errechnen.<br />

kann mit nachstehender Formel ermittelt<br />

werden:<br />

Die bisherigen Rechenbeispiele nach<br />

Div = b • y B • dB • 0,5<br />

derzeitiger und neuer Erddrucktheorie<br />

7 Fazit<br />

= m • kN/m 3 = kN/m 2 zeigen auf, dass die Mängel in der jetzigen<br />

Es bleibt zusammenzufassen:<br />

Erddrucklehre (Coulomb) teilweise zu Unterbemessungen<br />

Multipliziert man die im Diagramm 1<br />

auf der X-Achse abzulesenden Längen des<br />

1. Boden steht ähnlich wie Luft und Wasser<br />

unter ständiger Spannung.<br />

von Bauteilen führen.<br />

Bauwerksschäden müssen nicht immer<br />

Erddrucks mit dem jeweiligen Div, so erhält<br />

man die absoluten Werte für den Erddruck<br />

2. Die Erdanziehung ist der Initiator der<br />

Spannungen.<br />

das Resultat einer unfachgerechten Bauausführung<br />

sein, sondern können Folgen<br />

(kN/m), s. Diagramm 2.<br />

Erkennbar wird, dass Fels keinen Erddruck<br />

3. Gegenläufige Horizontalkräfte halten<br />

das Gleichgewicht im Erdreich.<br />

der Anwendung der derzeitigen Erddrucklehre<br />

sein.<br />

erzeugt und ein breiiger Löss<br />

( B = 25° u. y B = 16 kN/m 3 ) den größten H-<br />

Wert erreicht. Bei Wasser liegt die H-Kraft,<br />

4. Natürliche oder bauliche Eingriffe<br />

stören den Bodenhaushalt und setzen<br />

Kräfte frei.<br />

Insbesondere ist es falsch, den Erddruck<br />

stets in 1 / 3 der Berechnungshöhe<br />

anzusetzen, wie dies die derzeitige Lehre<br />

die ausschließlich aus der Normalkraft resultiert,<br />

bei 500 kN/m.<br />

Beim horizontalen Kraftabgleich (Füllstoff<br />

u. anstehender Boden) sind Böden<br />

5. Jede Bodenart hat eine feste Geometrie,<br />

die durch ihren spezifischen Neigungswinkel,<br />

ihre Wichte und Lagerungsdichte<br />

gebildet wird.<br />

in allen Regelwerken vorschreibt.<br />

mit großer H-Kraft weniger im Stande,weitere<br />

6. Es gibt drei Erdkeiltypen mit unterger<br />

Kräfte aufzunehmen,d. h.ein Widerlaschiedlicher<br />

Schwerpunktlage, den Literatur<br />

aufzubauen, als Böden mit geringer H-<br />

Kraft.<br />

stehenden, liegenden und den gekappten<br />

Keil.<br />

[1] Dipl.-Ing. Gottfried C. O. Lohmeyer,<br />

7. Der Erddruck entsteht durch den<br />

Baustatik I – Grundlagen, 7. Auflage,<br />

Drang der Bodenmassen, auf der Neigungsebene<br />

infolge der Erdanzie-<br />

Seite 82 (ISBN 3-519-15025-5)<br />

Verlag Teubner, Stuttgart, 1996,<br />

6 Ansätze und Nachweise<br />

Die „Grundlagen zur neuen Erddruck- hung abzugleiten.<br />

[2] Oberstudienrat Horst Kuchling,<br />

Theorie“ können hier nur in sehr geraffter<br />

Weise vorgestellt werden. Es bleibt daher<br />

8. Die Bodenmassen müssen nicht erst in<br />

Bewegung geraten, um horizontale<br />

Taschenbuch der Physik, 17. Auflage,<br />

Seite 55 ff. ISBN 3-446-21780-6)<br />

Erddruck<br />

Erdbau<br />

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tis 3/2005 51

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