Der Initialspannungszustand im Baugrund und Ansätze zu dessen Bestimmung – eine kritische Betrachtung
Der Spannungszustand im Boden, der vor Beginn einer Bauaufgabe angetroffen wird, der sogenannte Initialspannungszustand, sowie das Materialverhalten eines Bodens sind Produkte seiner Genese. Eine ausschließlich experimentelle Bestimmung dieser Initialspannungen sowie der zugehörigen Beiwerte ist schwierig, weil der Spannungszustand einer Probe sich sowohl im Labor als auch bei Feldversuchen verändert und damit nicht mehr dem Initialspannungszustand entspricht, der untersucht werden soll. Auch eine Bestimmung des Initialspannungszustands allein durch theoretische Überlegungen ist nicht möglich, weil dazu die Bestimmungsgleichungen der Mechanik nicht ausreichen, so dass mehrere Lösungen infrage kommen. Nur eine Kombination der beiden Herangehensweisen kann zum Erfolg führen.
Der Initialspannungszustand wird im vorliegenden Artikel einerseits theoretisch betrachtet, indem untersucht wird, wie er in Anfangs-/Randwertprobleme eingeht. Andererseits werden Berechnungen durchgeführt. Durch den Vergleich eines Baugrunds ohne und mit Vorbelas-tung werden die Grenzen für initiale Vertikal- und Horizontalspannungen sowie deren Quotienten anhand von Formeln berechnet, die in der DIN 4085 und in der EAB für normal- und überkonsolidierte Böden verwendet werden. Die diesen Formeln zugrundliegenden Ansätze werden zusammenfassend dargestellt und kritisch diskutiert. Es werden Argumente geliefert, nicht von der allseits bekannten Jáky-Formel abzurücken. Überdies werden Konsequenzen für Erddruckansätze für Verbauwände und Auswirkungen für die Ansätze in FE-Berechnungen bzw. -programmen aufgezeigt.
Der Initialspannungszustand wird im vorliegenden Artikel einerseits theoretisch betrachtet, indem untersucht wird, wie er in Anfangs-/Randwertprobleme eingeht. Andererseits werden Berechnungen durchgeführt. Durch den Vergleich eines Baugrunds ohne und mit Vorbelas-tung werden die Grenzen für initiale Vertikal- und Horizontalspannungen sowie deren Quotienten anhand von Formeln berechnet, die in der DIN 4085 und in der EAB für normal- und überkonsolidierte Böden verwendet werden. Die diesen Formeln zugrundliegenden Ansätze werden zusammenfassend dargestellt und kritisch diskutiert. Es werden Argumente geliefert, nicht von der allseits bekannten Jáky-Formel abzurücken. Überdies werden Konsequenzen für Erddruckansätze für Verbauwände und Auswirkungen für die Ansätze in FE-Berechnungen bzw. -programmen aufgezeigt.
The stress state in the soil encountered before the start of a construction task, the so-called initial stress state, as well as the material behaviour of a soil are products of its genesis. A solely experimental determination of these initial stresses and their associated coefficients is questionable because the stress state of a sample changes in laboratory as well as in field tests. In consequence, the initial stress state which has to be investigated disappears. It is also not feasible to determine the initial stress state by theoretical considerations alone because the equations of mechanics are not sufficient so that several solutions are compatible. Only using a combination of these two approaches may be successful.
In this article the initial stress state is considered. On the one hand theoretically, by examining how it enters initial/boundary value problems. On the other hand, calculations are performed. By comparing a soil without and with preloading, the limits for initial vertical and horizontal stresses as well as their quotients are calculated on the basis of formulas used in DIN 4085 and in the EAB for normal and overconsolidated soils. The approaches underlying these formulas are summarized and critically discussed. Arguments are given for not to deviate from the well-known Jáky formula. In addition, consequences for earth pressure approaches for retaining walls and implications for the approaches in FE calculations or programs are shown.
In this article the initial stress state is considered. On the one hand theoretically, by examining how it enters initial/boundary value problems. On the other hand, calculations are performed. By comparing a soil without and with preloading, the limits for initial vertical and horizontal stresses as well as their quotients are calculated on the basis of formulas used in DIN 4085 and in the EAB for normal and overconsolidated soils. The approaches underlying these formulas are summarized and critically discussed. Arguments are given for not to deviate from the well-known Jáky formula. In addition, consequences for earth pressure approaches for retaining walls and implications for the approaches in FE calculations or programs are shown.
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