Erddruck

Achim Hettler, Karl-Eugen Kurrer

• Verlag: Ernst & Sohn
• Jahr: 2019
• ISBN drucken: 9783433032749
• eBook-ISBN: 9783433609828
• Auflage: 1
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Bauingenieurwesen

Das Thema Erddruck gehört zu den ältesten und umfangreichsten Kapiteln der Bodenmechanik und des Grundbaus und ist eine der Säulen des konstruktiven Ingenieurbaus. Eingangs wird die Entwicklung der Erddrucktheorie ausführlich beschrieben. Die Darstellungen reichen von den ersten Ansätzen der Erddruckbestimmung über kontinuumsmechanische Erddruckmodelle bis zur Integration der Erddruckforschung in das disziplinäre Gefüge der Geotechnik.
Der Hauptteil des Buches umfasst eine Auswahl aktueller Berechnungsgrundlagen. Ziel ist es, den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung zu stellen. Um das theoretische Verständnis zu wecken, werden zunächst die wesentlichen Grundlagen zur Ermittlung des Erddrucks vorgestellt. Anschließend werden die für die Praxis wichtigsten Verfahren zum aktiven und passiven Erddruck sowie zum Erdruhedruck behandelt. Dabei werden auch räumliche Wirkungen berücksichtigt. Ein Anliegen ist es, in knapper Form auch Hinweise zu nicht alltäglichen Fragestellungen zu geben und auf weiterführende Literatur zu verweisen. In den letzten Jahren ist immer mehr die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks in den Blickpunkt getreten. Dies betrifft nicht nur den passiven, sondern auch den aktiven Fall.
An den DIN-Ausschuss "Berechnungsverfahren" wurden immer wieder Fragen herangetragen. Eine Auswahl davon wird im Kommentar zu DIN 4085 behandelt, der auch Hinweise zu den Beispielen im Beiblatt zu DIN 4085 gibt, das im September 2018 erschienen ist.
Zur Geschichte der Erddrucktheorie gehören 40 ausgewählte Kurzbiographien von Wissenschaftlern und Ingenieuren in der Praxis, die das Thema über die Jahrhunderte immer wieder aufgegriffen und weiterentwickelt haben. Ergänzt wird das Buch durch zwei Anhänge mit Begriffen, Formelzeichen und Indizes sowie Erddrucktabellen.

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Einführung

Das Thema Erddruck gehört zu den ältesten und umfangreichsten Kapiteln der Bodenmechanik und des Grundbaus sowie zu den drei Säulen des konstruktiven Ingenieurbaus in Ergänzung zur Gewölbetheorie und zur Balkentheorie. Die ersten schriftlichen Quellen, die auf Vitruv zurückgehen, sind über 2000 Jahre alt und sind somit weitaus älter als die allgemein bekannten Theorien von Coulomb (Coulomb 1773/1776) oder Rankine (1857). Vitruv befasst sich im ersten und im sechsten Band seiner zehn Bücher mit der Wirkungsweise des Erddrucks auf Stützmauern und schlägt Strebepfeiler vor. Vauban, einer der größten Baumeister der Geschichte, veröffentlichte schon 1684 Bemessungstabellen für Stützmauern mit Höhen bis zu 15 m, die auch nach heutigem Stand nicht weiter optimierbar sind. Die Entwicklung der Erddrucktheorie wird ausführlich in Kapitel 2 beschrieben, das auf die erweiterte Auflage „Geschichte der Baustatik“ von Kurrer zurückgeht (Kurrer 2015). Das vorliegende Buch kann nur eine beschränkte Auswahl aktueller Berechnungsgrundlagen beinhalten. Ziel ist es, den Grundbauingenieuren und den Tragwerksplanern in Baufirmen, Ingenieurbüros sowie in der Bauverwaltung aber auch Studenten eine Sammlung von Arbeitsanleitungen zur Verfügung zu stellen. Um das theoretische Verständnis zu wecken, werden zunächst in Kapitel 3 die wesentlichen Grundlagen zur Ermittlung des Erddrucks vorgestellt. Die Kapitel 4 bis 12 beinhalten die für die Praxis wichtigsten Verfahren zum aktiven und passiven Erddruck sowie zum Erdruhedruck. Dabei werden in den Kapiteln 7 und 8 auch räumliche Wirkungen berücksichtigt. Ein Anliegen ist, in knapper Form auch Hinweise zu nicht alltäglichen Fragestellungen zu geben und auf weiterführende Literatur zu verweisen (s. Kapitel 14). In den letzten Jahren ist immer mehr die Verschiebungsabhängigkeit des Erddrucks in den Blickpunkt getreten. Dies betrifft nicht nur den passiven, sondern auch den aktiven Fall (s. Kapitel 15). Anwendungshinweise für die Praxis sind in Kapitel 16 zu finden.

An den DIN-Ausschuss „Berechnungsverfahren“ wurden immer wieder Fragen herangetragen. Eine Auswahl davon wird im Kommentar zu DIN 4085 in Kapitel 17 behandelt. Im letzten Abschnitt dieses Kapitels werden Hinweise zu den Beispielen im Beiblatt zu DIN 4085 gegeben, das im Dezember 2018 erschienen ist.

Zur Geschichte der Erddrucktheorie in Kapitel 2 gehören vierzig ausgewählte Kurzbiographien von Wissenschaftlern und Ingenieuren in der Praxis, die das Thema über die Jahrhunderte immer wieder aufgegriffen und weiterentwickelt haben (s. Kapitel 18). Ergänzt wird das Buch durch zwei Anhänge mit Begriffen, Formelzeichen und Indizes (Anhang A) sowie Erddrucktabellen in Anhang B.

Literatur

Coulomb, C.A. (1773/1776). Essai sur une application des règles des Maximis et Minimis à quelques Problèmes de statique relatifs à l’Architecture. In: Mémoires de mathématique & de physique, présentés à l’Académie Royale des Sciences par divers savans, Bd. 7, année 1773, 343–382. Paris.

Kurrer, K.-E. (2015). Geschichte der Baustatik. Auf der Suche nach dem Gleichgewicht. Berlin: Ernst & Sohn.

Rankine, W.J.M. (1857). On the stability of loose earth. Philosophical Transactions of the London Royal Society 147: 9–27.

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Geschichte der Erddrucktheorie

Graben, Schichten, Schütten, Spannen, Wölben, Stellen und Legen sind die Urformen des Bauens, welche in ihrer historischen Ausprägung dieser Reihenfolge entsprechen und Basis jeder großen Architektur bildete und bildet: die Urformen sind auch heute Grundformen des Bauens (von Halász 1988, S. 257). Während das Graben historisch tief in das Tier-Mensch-Übergangsfeld reichte, entstanden noch mit den aztekischen „Tzaqualli“ durch Schütten und Schichten großartige Pyramiden; dabei heißt „Tzaqualli“ übersetzt „die von einem Steinmantel Umschlossenen“ (von Halász 1988, S. 257), deren Kern aus einem Erdhügel besteht. Noch heute gründet sich das Bauen mit Erde – der Erdbau – auf den elementaren Tätigkeitsformen des Grabens, Schichtens und Schüttens. So veränderte und verändert die Bewegung großer Erdmassen bei Straßen-, Eisenbahn- und Wasserbauten mit ihren Dämmen, Einschnitten und Durchstichen nicht nur das Landschaftsrelief, sondern auch das Stadtbild (Guillerme 1995).

Die Entwicklungsgeschichte der Geotechnik bis 1700 fasste Jean Kérisel in einem umfangreichen Kongressbeitrag zusammen (Kérisel 1985). Dagegen wird hier der Versuch unternommen, die Theorie des Erddrucks von ihren Anfängen kurz vor der Wende zum 18. Jahrhundert bis in die Gegenwart aus dem Blickwinkel der Geschichte der Baustatik nachzuzeichnen. Neben den Originalquellen werden dabei die folgenden historiographischen Arbeiten herangezogen: Burland (2008), Corradi (1995, 2002), Chrimes (2008), Feld (1928, 1948), Golder (1948, 1953), Guillerme (1995, S. 85–145), Gullián (2015), Habib (1991), Herries und Orme (1989), Heyman (1972), Jáky (1937/1938), Kalle und Zentgraf (1992), Kérisel (1953), Kötter (1893), Marr (2003), Martony de Köszegh (1828), Mayniel (1808), Mehrtens (1912, S. 55–73), Ohde (1948–1952), Peck (1985), Reissner (1910), Skempton (1981, 1985), Verdeyen (1959) und Winkler (1872).

Um die Mitte des 19. Jahrhunderts nahm die Theorie des Erdbaus als experimentell abgesicherte Theorie der Böschungen aus bindigen Böden durch Alexandre Collin (1808–1890) Gestalt an (Collin 1846). Zehn Jahre später veröffentlichte Culmann seine Broschüre „Ueber die Gleichgewichtsbedingungen von Erdmassen“ (Culmann 1856) und 1872 sein Manuskript über Erdbau (Culmann 1872). 1888 teilte der Professor für Baumechanik an der Deutschen Technischen Hochschule in Prag, Karl von Ott, seine Vorträge ein in

• die Theorie des Erdbaus (oder der Böschungen),
• die Theorie der Futtermauern (Stützmauern),
• die Theorie der Gewölbe und
• die Elastizitätstheorie und ihre Anwendungen auf Holz- und Eisenkonstruktionen mit besonderer Rücksicht auf den Dach- und Brückenbau.

Unter Erdbau verstand er dabei die Bildung bestimmter Körperformen, „die unter dem Namen Dämme, Wälle, Einschnitte, Durchstiche usw. vorkommen und bei deren Herstellung jenes Material bearbeitet wird, welches der natürliche Boden liefert“ (von Ott 1888, S. 2). Die Aufstellung der Gesetze für das Gleichgewicht dieser Erdkörper (Abb. 2.1) ist Inhalt der „Theorie des Erdbaues oder der Böschungen“ (von Ott 1888, S. 2).

Ihre klassische Zusammenfassung erhielt die Theorie des Erdbaus in der Mitte der Vollendungsphase der Baustatik (1875–1900) durch August von Kaven (1885). Erst mit den Untersuchungen des Kaieinsturzes am 5. März 1916 im Hafen von Göteborg (Petterson 1916) e...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• 1 Einführung
• 2 Geschichte der Erddrucktheorie
• 3 Methoden zur Ermittlung des Erddrucks
• 4 Ebener aktiver Erddruck
• 5 Erdruhedruck
• 6 Ebener passiver Erddruck
• 7 Räumlicher aktiver Erddruck
• 8 Räumlicher passiver Erddruck
• 9 Einfluss des Grundwassers auf den Erddruckxs
• 10 Verdichtungserddruck
• 11 Winkelstützwände
• 12 Silodruck
• 13 Dynamische Beanspruchungen
• 14 Sonderfälle
• 15 Mobilisierung des Erddrucks
• 16 Anwendungshinweise
• 17 Kommentar zu DIN 4085:2017-08
• 18 Vierzig ausgewählte Kurzbiographien
• Anhang A: Begriffe, Formelzeichen und Indizes
• Anhang B: Erddrucktabellen
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung