Teil 1 - Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und Felsmechanik - Ruhr ...

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 1Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumVorname: ..............................Name: ..............................Matr.-Nr.: ..............................E-mail: ..............................Studiengang: ..............................PO 2009 X andere .........Ausgabedatum: 17.04.2015Abgabedatum vorlesungsbegleitend: 18.05.2015Die Hausarbeit muss bis spätestens ein Jahr nach derAusgabe (17.04.2016) vollständig bearbeitet abgegeben worden sein.Hausarbeit (PO 2009)Grundlagen derBodenmechanik(Version 6.8 – Teil 1)Aufgabe 1 2 3anerkanntWiedervorlage anerkannt

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 2Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumRegeln zur Bearbeitung der Hausarbeit für die Studiengänge BI BSc. und UTRMBsc.:1. Die Hausarbeit im Fach ”Bodenmechanikgrqq wird vorlesungsbegleitend in zwei Teilen ausgegeben. Zur Bearbeitung gibt es folgende alternativeMöglichkeiten:(a) Bearbeitung vorlesungsbegleitend ⇒ empfohlenDie einzelnen Teile können freiwillig vorlesungsbegleitend bearbeitet und abgegeben werden. ImAnschluss an die schriftliche Bearbeitung eines jeden Teils kann (freiwillig) ein Abgabegesprächabsolviert werden, in dem der jeweils behandelte Stoff geprüft wird. Dadurch wird gefördert,dass der Kenntnisstand mit Fortschreiten von Vorlesung und Übung wächst.(b) Bearbeitung innerhalb eines JahresDie Abgabe der einzelnen Teile der Hausarbeit muss spätestens nach einem Jahres ab Ausgabedatumerfolgen.2. DieHausarbeitisthandschriftlichanzufertigen,miteinemRechnerangefertigteArbeitenwerdennichtgewertet.3. Die in den Aufgaben zu verwendenden Parameter A,B und C ergeben sich aus der Matrikelnummernach folgendem Schlüssel. Der Parameter D ist bereits vorgegeben.Matrikel-Nr. 1 0 8 0 5Parameter - - - - - - - - - A B C D

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 3Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumAufgabe 1 (Bodenkennwerte, Bodenklassifizierung)Die Untersuchung einer Bodenprobe mit einem Volumen von 1 m 3 ergab folgende Anteile:• 100+13,6·A kg Feinsand• 700+8,6·B kg Mittelsand• 500+7,2·C kg Grobsand• 200+5,8·D kg Feinkies• 89 kg WasserIm Labor wurden außerdem die maximal und minimal zu erreichenden Trockendichten ermittelt:• ρ d,min = 1,4+0,0156·C g/cm 3• ρ d,max = 1,8+0,0116·B g/cm 3Die Bestimmung der Korndichten ergab folgende Werte:• ρ s,Sand = 2,62 g/cm 3• ρ s,Kies = 2,62 g/cm 3Folgende Fragestellungen sind zu bearbeiten:1. Ermitteln Sie die von Sand, Kies, Wasser und Luft eingenommenen Volumina in der Probe mit demGesamtvolumen von 1 m 3 .2. Berechnen Sie den Porenanteil n, die Porenzahl e und die bezogene Lagerungsdichte I D .3. Ermitteln Sie die Feuchtdichte ρ, den Wassergehalt w und den Sättigungsgrad S r des Bodens.4. Wieviel Liter Wasser müsste der Bodenprobe zugeführt werden, damit sie einen SättigungsgradS r = 1,0 erreicht? Berechnen Sie die Wichte des Bodens bei voller Sättigung γ r .5. Ermitteln Sie die Korngrößenverteilung und tragen Sie diese in Abbildung 1 ein.6. Benennen Sie den Boden nach DIN EN ISO 14688-1.7. Klassifizieren Sie den Boden nach DIN 18196.

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 4Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität Bochum100908070605040302010RUHR-UNIVERSITÄT BOCHUMLehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikFeinstesKorngrößenverteilungDIN 18 123SchlämmkornSiebkornSchluffkornSandkorn KieskornFein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Fein- Mittel- Grob- Steine00,001 0,01 0,1 1 10 100Korndurchmesser d in mmGewichtsprozente der GesamtmengeAbbildung 1: Korngrößenverteilung

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 5Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumAufgabe 2 (Drucksetzung)Die Ergebnisse eines Kompressionsversuches an einem sandigen Schluff sind in Tabelle 1 dargestellt.Folgende Punkte sind zu bearbeiten:1. Bestimmen Sie den Anfangswassergehalt w A vor und den Endwassergehalt w E nach dem Kompressionsversuch.2. Stellen Sie die Versuchsergebnisse im Porenzahl-Druck-Diagramm (Abbildung 2) und im Druck-Setzungs-Diagramm (Abbildung 3) dar (beide in halblogarithmischer Darstellung).3. Stellen Sie den Steifemodul E s als Funktion der vertikalen Spannung σ dar. Ermitteln Sie aus diesemDiagramm die Funktion für den Steifemodul E s in Abhängigkeit der vertikalen Spannung σ.4. Tragen Sie die Messwerte der Laststufe 5 (Tabelle 2) im Zeit-Setzungs-Diagramm (Abbildung 4)ein und bestimmen Sie die 0-%- und 100-%-Linie der Primärkonsolidation und den Zeitpunkt t fürT V = 1.• Anfangsprobenhöhe: h 0 = 20 mm• Probendurchmesser: d = 70 mm• Korndichte: ρ s = 2,67 g/cm 3• Anfangswassergehalt:– m B +m f = 339,41 g– m B = 181,67 g• Endwassergehalt:– m B +m f = 332,13 g– m B +m d = 307,71 g– m B = 181,67 g

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 6Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumLaststufe Spannung σ [N/cm 2 ] Messuhr [mm]1 0,1 50,0002 2,5 50,2223 5,0 50,3504 10,0 50,5885 20,0 50,9026 40,0 51,2927 80,0 51,7708 40,0 51,7229 20,0 51,64010 10,0 51,525Tabelle 1: Verformungen am Ende der jeweiligen LaststufeZeit [min] Messuhr [mm]0 50,5880,1 50,6451 50,6952 50,7275 50,76715 50,82030 50,85160 50,870120 50,884420 50,902Tabelle 2: Ablesungen an der Messuhr während der fünften Laststufe (σ = 20 N/cm 2 )

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 7Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität Bochum1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1Abbildung 2: σ(ln)-e-Diagramm

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 8Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität Bochum1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1Abbildung 3: σ(ln)-s-Diagramm

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 9Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität Bochum1 2 3 4 5 7 1 2 3 4 5 7 1 2 3 4 5 7 1 2 3 4 5 7 1 2 3 4 5 7 1 2 3 4 5 7 1Abbildung 4: t(ln)-s-Diagramm

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 10Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumAufgabe 3 (Spannungen, Setzungen)Ein landwirtschaftlicher Betrieb plant den Bau eines Getreidesilos neben einer bestehenden Lagerhalle (s.Abbildung 5). Das Silo besteht aus 4 einzelnen Zellen mit jeweils gleichen Abmessungen. Eine Schiefstellungdes Silos ist zu erwarten, wenn zwei nebeneinander liegende Zellen befüllt werden, während die anderenbeiden Zellen leer bleiben. Der Lastfall ”Silozellen 3 und 4 gefüllt, Zellen 1 und 2 leer“ wurde hier zu Grundegelegt. Die daraus folgende lineare Spannungsverteilung in der Fundamentsohle wurde bereits mittels Spannungstrapezverfahrenberechnet.DievertikaleSpannunginAbeträgt0kN/m2 ,inBbeträgtsie147kN/m 2 .Folgende Punkte sind zu bearbeiten:1. Ermitteln Sie die vertikalen Bodenspannungen in der Achse B. Stellen Sie die Einzelverläufe und denGesamtverlauf der Spannungen graphisch über die Tiefe dar. Die aus der Lagerhalle resultierendengleichmäßigen Bodenpressungen betragen 200 kN/m 2 .2. Ermitteln Sie die Schiefstellung des Silos mit Hilfe der indirekten Setzungsmethode. Setzungen in derKiesschicht sind dabei zu vernachlässigen. Die Setzung unter Punkt A beträgt 1,38 cm.3. Bestimmen Sie die Setzungen des Getreidesilos mit Hilfe der direkten Setzungsmethode im Mittelpunktdes Fundamentes. Legen Sie hierfür den Lastfall ”Silozellen 1 bis 4 gefüllt“ zu Grunde.Verwenden Sie einen konstanten Steifemodul E s für die Schluffschicht von 8000 kN/m 2 .Bodenkennwerte:• Sand:– γ = 18,5 kN/m 3– γ ′ = 10,0 kN/m 3• Kies– γ = 18,0 kN/m 3– γ ′ = 10,0 kN/m 3• Schluff, schwach sandig– γ = 17,0 kN/m 3– γ ′ = 10,0 kN/m 3Hinweis:Alle Fundamente sind als schlaff“ zu betrachten. ”

Hausarbeit Bodenmechanik – Teil 1 Seite 11Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und FelsmechanikRuhr-Universität BochumLagerhalleSilozellen20,0 7,02 4A1 3B7,012,5 2,5Gewicht einer Silozellenfüllung: 1400 kNEigengewicht einer Silozelle: 200 kN0-1,0-3,02,03,03,00,6SandKies-5,0-7,0-9,0z [m]Es = 27,26 p + 3063,0Abbildung 5: Lage der Silozellen neben der bestehenden LagerhalleSchluff,schwachsandigFels