Mit dem Add-On Geotechnische Analyse können die Baugrundverhältnisse genau bestimmt und geotechnische Analysen für Volumenkörper aus Bodenmaterialien durchgeführt werden. Wenn dieses Add-On aktiviert ist, kann der Bodenvolumenkörper direkt in RFEM 6 eingegeben und modelliert werden. Aus den Materialdaten, die Sie im Programm eingeben, werden alle zur Berechnung benötigten Parameter automatisch ermittelt. Es ist daher sehr wichtig zu verstehen, mit welchen Bodenmaterialmodellen Sie arbeiten und welche Materialparameter Sie dem Programm zuweisen.
Im Add-On selbst stehen verschiedene Materialgesetze bzw. Materialmodelle zur Verfügung, die für die Simulation des Bodenverhaltens geeignet sind. Die verfügbaren Materialmodelle für den Materialtyp "Boden" sind im Abschnitt "Materialmodell" des unten gezeigten Dialogs "Neues Material / Material bearbeiten" aufgelistet.
In diesem Beitrag geht es um das Modell Modifiziertes Hardening Soil. Zunächst wird der theoretische Hintergrund erläutert, damit Sie die erforderlichen Eingabeparameter für das später gezeigte Programm verstehen.
Theoretische Grundlagen
Die Spannungs-Dehnungs-Reaktion des Modells „Modifiziertes Hardening Soil“ sowohl für ödometrische als auch für triaxiale Bedingungen ist in Bild 2 dargestellt. Die Abbildungen im Bild zeigen, wie die Steifigkeitsabhängigkeit durch das Modell berücksichtigt wird. Wenn sich das Spannungsniveau ändert, ändert sich auch die Neigung, was wiederum zu einer Änderung der Bodensteifigkeit führt.
Die Abbildungen zeigen auch, dass die Steifigkeit ebenfalls vom Lastpfad abhängt. Genauer gesagt zeigt der Boden unter primärer Belastung ein anderes Verhalten als bei Ent- und Wiederbelastung: ein elastoplastisches Verhalten bei ersterer und ein linear elastisches Verhalten bei letzterer.
Die nachstehenden Formeln 1 und 2 zeigen, wie die Abhängigkeit der Steifigkeit vom Spannungsniveau berücksichtigt wird. Die Parameter wie der Referenzwert der Steifigkeit (Eref), die Bezugsspannung (pref), die Kohäsion (c) und der Reibungswinkel (φ) werden in der Regel im geotechnischen Bericht angegeben. Es gibt auch einen Exponenten, der die Abhängigkeit vom Spannungsniveau steuert und Werte zwischen 0,5 und 1 enthält, je nachdem, mit welchem Bodenmaterial Sie arbeiten (z.B. ist der übliche Wert für Sand 0,5 und für Ton 1,0). Auf diese Weise kann für jedes Spannungsniveau eine zugehörige Steifigkeit berechnet werden.
Ein weiterer wichtiger Parameter, der berücksichtigt werden muss, ist die Materialkonstante CSH. In Bild 2b) wird die Bedeutung dieser Konstante deutlich, die die Schubverfestigungsrate steuert. Genauer gesagt bestimmt die Materialkonstante, wie schnell die durch das Mohr-Coulomb-Versagenskriterium definierte Grenzschubfläche erreicht wird. Je kleiner CSH ist, desto näher liegt die Bruchfläche bei gleicher plastischer Schubdehnung.
Die Fließflächen im p-q-Raum und im Hauptspannungsraum sind in Bild 3 dargestellt. Das modifizierte Verfestigungsbodenmodell ist ein elasto-plastisches Modell mit isotroper doppelter Verfestigung und verwendet das Mohr-Stützenversagenskriterium. Es zeigt plastische Dehnungen vor dem Erreichen des Versagens. Die plastische Verformung setzt sich dann aus zwei Komponenten zusammen: plastische Schubverformungen und volumetrische plastische Verformung.
Anwendung im Add-On Geotechnische Analyse
Nachdem wir den theoretischen Hintergrund des Modells kennen, können wir nun sehen, wie das Modell in das Add-On Geotechnische Analyse integriert wird, indem ein neues Bodenmaterial erstellt wird.
Bodenmaterial kann in RFEM 6 auf die übliche Art und Weise angelegt werden, also durch Öffnen des Dialogs "Neues Material" und Zuweisung der Materialeigenschaften. In diesem Fall ist es wichtig, dass der Materialtyp "Boden" ausgewählt wird, damit Sie aus dem Dropdown-Menü der Materialmodelle 'Modifiziertes Hardening Soil' auswählen können, wie in Bild 4 gezeigt. Die grundlegenden Eigenschaften des Materials, die Sie im Dialog eingeben müssen, sind im gleichen Bild dargestellt. Bitte beachten Sie, dass für Materialien vom Typ Boden je nach Wassergehalt zwei Werte für das spezifische Gewicht definiert werden müssen: das spezifische Gewicht des „feuchten“ Bodens und des mit Wasser „gesättigten“ Bodens.
Wenn Sie 'Modifiziertes Hardening Soil' als Materialmodell auswählen, erscheint ein entsprechender Reiter, in dem Sie die im vorherigen Kapitel besprochenen spezifischen Parameter für dieses Materialmodell zuweisen können.
Dazu gehören:
| φ | Reibungswinkel |
| c | Kohäsion |
| ψ | Dilatanzwinkel |
| pref | Bezugsspannung |
| m | Exponent für Spannungsabhängigkeit |
| Eoed,ref | Referenzwert des ödometrischen Tangentenmoduls für Erstbelastung |
| CSH | Materialkonstante zur Steuerung der Schubverfestigung |
| Eur,ref | Referenzwert des Sekantenmoduls für Ent- und Wiederbelastung |
| ν | Querdehnzahl für Ent- und Wiederbelastung |
| pPOP/ηPOP | Vorkonsolidationsspannung/Vorkonsolidationsverhältnis |
Bitte beachten Sie, dass Sie die Werte dieser Parameter in den geotechnischen Bericht aufnehmen lassen können. Die Werte sind oft auch aus Erfahrung bekannt. Allerdings kann es dann erforderlich sein, das in RFEM definierte Verhalten des Materials durch die Berechnung eines Bodentests und den Vergleich mit Ergebnissen aus Laborversuchen oder aus der Literatur zu validieren.
Nach Eingabe der Werte wird das entsprechende Materialmodell verwendet und das neue Material wird erstellt. Beachten Sie, dass Sie auf diese Weise auch andere Materialien definieren können, um diese als Bodenschichten in Bohrprofilen zuzuweisen. Die Daten aus den Bohrprofilen können dann verwendet werden, um das Bodenmassiv zu erstellen. This procedure is explained in more detail in KB 1699.