On the design of deep excavations based on finite element analysis / Zur Bemessung tiefer Baugruben mit der Finite-Elemente-Methode

Entwicklungen in Computer Hardware, aber auch bei Programmsystemen, im letzten Jahrzehnt haben dazu geführt, dass aufwändige numerische Analysen zur Lösung geotechnischer Aufgabenstellungen in der Praxis kostengünstig und mit vertretbarem Zeitaufwand durchgeführt werden können. Kommerzielle Programmsysteme auf PC-Basis sind weitgehendst benutzerfreundlich, sodass die reine Bedienung dieser Programme wenig Vorkenntnisse erfordert. Komplexe Analysen wie gekoppelte Konsolidierungsberechnungen mit elastisch-plastischen Stoffgesetzen sind heute Standard. Um mit derartigen Berechnungen wirklichkeitsnahe Ergebnisse erzielen zu können, ist jedoch ein hohes Maß an Hintergrundwissen in numerischen Methoden, allgemeiner Mechanik und der Bodenmechanik im Speziellen Voraussetzung.

Dies wird umso wichtiger, wenn die Ergebnisse numerischer Berechnungen als Basis für die Dimensionierung dienen. Im Unterschied zu konventionellen Berechnungen, in denen die Tragfähigkeit nur von der Festigkeit des Bodens abhängt, ist bei Anwendung numerischer Methoden die Wahl des Stoffgesetzes und der Eingabeparameter zur Beschreibung der Festigkeit und Steifigkeit des Bodens von entscheidender Bedeutung. Dies liegt unter anderem daran, dass die Steifigkeitsunterschiede zwischen Boden und Verbauelementen, die in konventionellen Berechnungen unberücksichtigt bleiben, in numerische Berechnungen einfließen. Darüber hinaus können andere Modellierungsdetails der Boden-Bauwerks Interaktion sowie Dränageverhältnisse (dräniert - undräniert) eine signifikante Rolle spielen. In diesem Beitrag werden zwei Aspekte angesprochen: Im ersten Teil wird der Einfluss des Stoffgesetzes auf die Ergebnisse eines einfachen Beispiels aufgezeigt, und im zweiten Teil werden Annahmen zur undränierten Analyse einer tiefen Baugrube in weichem Ton, die während des Aushubs einstürzte, kritisch beleuchtet.