DIN 4019-2015 Soil - Analysis of settlement《土壤 沉降分析》.pdf

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1、Mai 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau)Preisgruppe 13DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 93.020!%Ayt“2308681www.din.deDDIN 4019Baugrund Setzu

2、ngsberechnungenSoil Analysis of settlementSol Analyse des tassementsAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 4019:2014-01www.beuth.deGesamtumfang 28 SeitenDIN 4019:2015-05 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Begriffe .5 4 For

3、melzeichen und Indizes .7 4.1 Formelzeichen 7 4.2 Indizes .8 5 Unterlagen 8 6 Spannungen im Boden 9 7 Einfluss von Vorbelastung und Spannungsniveau 9 8 Ermittlung des Rechenmoduls E* . 10 8.1 Allgemeines . 10 8.2 Zusammenhnge mit der Elastizittstheorie . 10 8.3 Ermittlung durch Auswertung von Setzun

4、gsbeobachtungen . 10 8.4 Ermittlung aus Laborversuchen 10 8.5 Ermittlung aus Feldversuchen 10 8.6 Ermittlung aus empirischen Beziehungen . 10 8.7 Auswahl der magebenden Kenngren fr die Zusammendrckbarkeit . 10 9 Setzungseinflusstiefe . 11 10 Ermittlung der Setzungen 11 10.1 Grundlagen 11 10.2 Ermitt

5、lung mit Hilfe von Setzungsgleichungen . 11 10.2.1 Allgemeines . 11 10.2.2 Setzungen aus gleichfrmigen Lasten . 12 10.2.3 Setzungen starrer Fundamente . 13 10.3 Setzungsermittlung mit Hilfe der vertikalen Spannungen im Boden 13 10.3.1 Setzungsermittlung durch Integration der Dehnungen 13 10.3.2 Setz

6、ungsermittlung mit dem Kompressionsbeiwert . 14 11 Verdrehungen 14 12 Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Setzung . 15 12.1 Allgemeines . 15 12.2 Konsolidationssetzung 16 12.3 Kriechsetzung . 17 13 Bewertung der Ergebnisse 17 Anhang A (normativ) Berechnung der Vertikalspannung im Boden 18 Anhang

7、B (normativ) Setzungsbeiwerte 23 Anhang C (normativ) Verdrehungsbeiwerte 27 Literaturhinweise . 28 DIN 4019:2015-05 3 Vorwort Dieses Dokument wurde im Arbeitsausschuss NA 005-05-04 AA Baugrund; Berechnungsverfahren“ im DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau) erarbeitet. Die in dieser Norm enthaltenen B

8、erechnungsverfahren sind unabhngig vom Sicherheitskonzept. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gege

9、nber DIN 4019:2014-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Gleichung (17) in Abschnitt 12.3 Kriechsetzung“ wurde aktualisiert; b) Bild A.3 wurde aktualisiert. Frhere Ausgaben DIN 4019-1: 1955-05, 1958x-06, 1974-09, 1979-04 DIN 4019-2: 1961x-02, 1981-02 DIN V 4019-100: 1996-04 DIN 4019: 2014-01

10、DIN 4019:2015-05 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Ermittlung der Gre und des Zeitverlaufs der durch Volumen- und Gestaltnderung des Baugrundes entstehenden Setzungen und Fundamentverkantungen, die sich bei lotrechter, statischer Beanspruchung einstellen. Sie legt allgemeine Grundstze fr

11、deren Berechnung fest und gibt Berechnungs-verfahren an. Fr Hebungen aus Entlastungsvorgngen knnen diese Grundstze und Verfahren sinngem angewendet werden. Die analytischen Berechnungsverfahren in dieser Norm behandeln die Grenzflle schlaffer oder starrer Bauwerke. Die Anwendung der Verfahren setzt

12、fr den betrachteten Fall einen ausreichenden Abstand zu Versagenszustnden im Boden voraus. Numerische Berechnungsverfahren wie z. B. die Methode der Finiten Elemente (FEM) oder die Methode der Finiten Differenzen (FDM) sind nicht Gegenstand dieser Norm. ANMERKUNG Die Wechselwirkung zwischen Bauwerk

13、und Baugrund wird im DIN-Fachbericht 130 behandelt. 1 Senkungen, Sackungen, Schrumpfen und Quellen sowie Einwirkungen wie z. B. aus Erschtterungen, Temperaturnderung, Bergbau und Herstellungsprozessen werden nicht behandelt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument te

14、ilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1054, Baugrund

15、Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1 DIN 4020, Geotechnische Untersuchungen fr bautechnische Zwecke Ergnzende Regelungen zu DIN EN 1997-2 DIN 18135, Baugrund Untersuchung von Bodenproben Eindimensionaler Kompressionsversuch DIN 18137-1, Baugrund, Untersuchu

16、ng von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit Teil 1: Begriffe und grundstzliche Versuchsbedingungen DIN EN 1997-1, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN 1997-1/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Be

17、rechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN 1997-2, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN EN 1997-2/NA, Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Be

18、messung in der Geotechnik Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN 4019:2015-05 5 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN EN 1997-1, DIN 1054 und die folgenden Begriffe. 3.1 Verformung Gestalts- und Volumennderung des Bodens 3.2 Verschiebung Lagenderung

19、der Bodenpunkte in beliebiger Richtung 3.3 Setzung Verschiebung in Richtung der Schwerkraft aus einer Verformung des Bodens durch Spannungs- und Zeitnderung 3.4 Gesamtsetzung sgesSumme der Setzungsanteile Sofortsetzung s0, Konsolidationssetzung s1und Kriechsetzung s2 3.5 Hebung Verschiebung entgegen

20、 der Richtung der Schwerkraft aus einer Verformung des Bodens durch Spannungs- und Zeitnderung 3.6 Senkung Verschiebung in Richtung der Schwerkraft infolge Materialentzug 3.7 Sackung Verschiebung in Richtung der Schwerkraft infolge einer Umlagerung des Korngerstes, verursacht durch den Verlust der B

21、indekrfte (z. B Kapillarkohsion) im Korngerst oder durch Erschtterung 3.8 Schrumpfen Verringerung des Bodenvolumens durch Austrocknen 3.9 Schwellen Zunahme des Bodenvolumens verursacht durch Abnahme der wirksamen Spannungen im Korngerst Quelle: DIN 18135:2012, 3.1.7., modifiziert bernommen 3.10 Quel

22、len Zunahme des Bodenvolumens durch Fremdstoffaufnahme, z. B. Wasser, in die Mineralstruktur Quelle: DIN 18135:2012, 3.1.8., modifiziert bernommen 3.11 Sofortsetzung s0Summe der zeitunabhngigen Setzungsanteile aus volumentreuer Anfangsschubverformung und Sofortver-dichtung unmittelbar nach Lastaufbr

23、ingung 3.12 Konsolidationssetzung s1zeitlich verzgerter Setzungsanteil infolge Auspressens von Porenwasser und Porenluft nach Lastaufbringung DIN 4019:2015-05 6 3.13 Kriechsetzung s2lang andauernder Setzungsanteil ohne nderung der effektiven Spannungen 3.14 Kennzeichnender Punkt K Punkt in der Grund

24、rissflche, an dem die rechnerische Setzung eines starren Grndungskrpers mit der rechnerischen Setzung unter einer gleichmig verteilten Ersatzlast bereinstimmt 3.15 Ausgangsspannung Spannung im Boden, die unmittelbar vor der zu untersuchenden Beanspruchung wirksam ist 3.16 Zusatzspannung Spannungsnde

25、rung im Boden fr die die Setzung berechnet werden soll 3.17 Setzungseinflusstiefe Grenztiefe tsTiefe im Boden, von der ab die Zusatzspannungen nur noch vernachlssigbar kleine Verformungen im Baugrund hervorrufen 3.18 Modul Steifigkeitsparameter als Verhltniswert von Spannungen zu Dehnungen Anmerkung

26、 1 zum Begriff: Oberbegriff fr die nachfolgenden Steifigkeitsparameter. 3.19 Elastizittsmodul E Modul bei linear-elastischem Materialverhalten 3.20 Setzungsmodul EmModul, der aus Setzungsbeobachtungen berechnet wird 3.21 Steifemodul EsModul nach DIN 18135, der fr eine bestimmte Spannung aus der Tang

27、ente oder fr ein bestimmtes Spannungsintervall aus der Sekante der Druck-Zusammendrckungs-Linie des Kompressionsversuchs mit verhinderter Seitendehnung ermittelt wird 3.22 Rechenmodul E* Modul, der als Rechenwert fr die Setzungsberechnung verwendet wird 3.23 Halbraum durch eine ebene Oberflche begre

28、nzter, ansonsten unendlich ausgedehnter Baugrund DIN 4019:2015-05 7 4 Formelzeichen und Indizes 4.1 Formelzeichen Tabelle 1 Formelzeichen Nr Formel-zeichen Benennung Einheit 1 CaKriechbeiwert nach DIN 18135 1 2 CcKompressionsbeiwert nach DIN 18135 1 3 CrRekompressionsbeiwert nach DIN 18135 1 4 CsSch

29、wellbeiwert nach DIN 18135 1 5 E Elastizittsmodul N/m26 EmSetzungsmodul (Zusammendrckungsmodul) N/m27 EsSteifemodul nach DIN 18135 N/m28 EuElastizittsmodul des undrainierten Bodens N/m29 E* fr die Setzungsberechnung verwendeter Rechenmodul N/m210 M Moment N/m211 V Vertikalkomponente der Gesamtlast N

30、 12 a Bezugslnge, hufig die grere Seite der Grundflche m 13 b Bezugslnge, hufig die krzere Seite der Grundflche m 14 cvKonsolidationsbeiwert nach DIN 18135 m2/s 15 e Porenzahl 1 16 f Setzungsbeiwert fr gleichfrmige rechteckige Flchenlasten 1 17 fR, fK, fDSetzungsbeiwert fr gleichfrmige rechteckige F

31、lchenlasten (fr Eckpunkt, Kennzeichnender Punkt) bzw. dreiecksfrmige Spannungsverteilung am Eckpunkt unter der Lastordinate p = 0 1 18 faVerdrehungsbeiwert fr Rechteckfundamente 1 19 h Dicke einer Bodenschicht m 20 i Verteilungsbeiwert fr die lotrechte Spannung im Baugrund (Spannungseinflussbeiwert)

32、 1 21 p mittlere Sohlspannung in der Grndungssohle (Druckspannung positiv) N/m222 r Radius der Kreisplatte m 23 s Setzung aus Sofort- und Konsolidationssetzung m 24 s0Sofortsetzung m 25 s1Konsolidationssetzung m 26 s2Kriechsetzung m 27 sgesGesamtsetzung; Setzung einschlielich Kriechsetzung m 28 t Ze

33、it s 29 t0Zeit bis zur vollstndigen Konsolidation s 30 tsSetzungseinflusstiefe m 31 z Tiefe gerechnet ab Unterkante einer Grndung (nach unten positiv) m 32 a Verdrehung der Sohlflche Grad 33 axVerdrehung der Sohlflche um die x-Achse Grad 34 ayVerdrehung der Sohlflche um die y-Achse Grad DIN 4019:201

34、5-05 8 Tabelle 1 (fortgesetzt) Nr Formel-zeichen Benennung Einheit 35 wWichte des Wassers N/m336 Stauchung 1 37 zauf die ursprngliche Hhe einer Teilschicht bezogene Setzung in der Tiefe z 1 38 dimensionslose Zeit 39 Poissonzahl (0 0,5) 1 40 saAusgangsspannung des Bodens (Druckspannung positiv) N/m24

35、1 slotrechte Druckspannung aus der Eigenlast des Bodens (Druckspannung positiv) N/m242 szlotrechte effektive Zusatzspannung in beliebiger Tiefe z (Druckspannung positiv) N/m243 sz0lotrechte effektive Zusatzspannung in der Tiefe z = 0 (Druckspannung positiv) N/m24.2 Indizes Sofern ein verwendeter Ind

36、ex nicht mit dem Formelzeichen in Tabelle 1 definiert ist, gilt die Benennung fr Indizes nach Tabelle 2. Tabelle 2 Indizes Nr Indizes Benennung fr 1 0 Sofort- bzw. Anfangs- . 2 1, 2, 3 Ordnungszahl 3 x, y, z Achse bzw. Koordinate 5 Unterlagen Folgende Angaben zum Baugrund sind fr die Setzungsberechn

37、ung erforderlich: geometrisches Baugrund- und Grundwassermodell; Berechnungskennwerte der Bodenschichten. ANMERKUNG 1 Diese Angaben sind in der Regel in einem geotechnischen Bericht nach DIN EN 1997-2 bzw. DIN 4020 enthalten. Folgende Angaben zum Bauwerk und zum Gelnde werden fr die Setzungsberechnu

38、ng bentigt: die Abmessungen und die Hhenlage der Grndung; Gre und, sofern relevant, zeitliche Entwicklung der Belastung der Grndungskrper; die Lage der untersuchten Grndung zu benachbarten Grndungskrpern; Geometrie und Belastung der benachbarten Grndungskrper; Gelndehhen. ANMERKUNG 2 In vielen Fllen

39、 ist nur ein Teil der vernderlichen Belastung setzungsrelevant. DIN 4019:2015-05 9 6 Spannungen im Boden Bei der Ermittlung der Spannungen im Boden sind Volumenkrfte (Eigengewicht des Bodens, Grund-wasserwirkung) und Kontaktkrfte (z. B. Sohlspannung unter dem Fundament) zu bercksichtigen. Fr die Set

40、zungsberechnung darf eine lineare Verteilung der Sohlspannung angesetzt werden (siehe Anhang A). Zugspannungen drfen nicht in Ansatz gebracht werden. Die Spannungsausbreitung darf mit dem Modell des homogenen isotropen elastischen Halbraums bestimmt werden. Dabei sind fr die Setzungsberechnung die a

41、uf das Korngerst wirkenden Spannungen magebend. 7 Einfluss von Vorbelastung und Spannungsniveau Die Ausgangsspannung und die Zusatzspannung bestimmen den fr die Setzungsberechnung magebenden Spannungsbereich. Die magebenden Kennwerte sind fr diesen Spannungsbereich zu ermitteln. Eine Vorbelastung fh

42、rt in der Regel zu einer Erhhung der Steifigkeit des Bodens (siehe Bild 1). Die Gre einer geologischen Vorbelastung, die in der Setzungsberechnung bercksichtigt wird, muss durch Erfahrung abgesichert sein. Legende 1 Wiederbelastungsast 2 Erstbelastungsast 3 Vorbelastung 4 Ausgangsspannung 5 Zusatzsp

43、annung 6 Stauchung 7 Entlastungsast Bild 1 Verlauf und Auswertung der Versuchskurve aus einem Kompressionsversuch an vorbelastetem Boden DIN 4019:2015-05 10 8 Ermittlung des Rechenmoduls E* 8.1 Allgemeines Aus Versuchen und Beobachtungen ermittelte Werte von Modulen sind Anhaltswerte. Sie stellen di

44、e Grundlage fr die Wahl des in die Berechnung einzusetzenden Rechenwertes E* dar. ANMERKUNG Der Rechenmodul E* wird eingefhrt, um fr den in der Berechnung verwendeten Rechenwert eine einheitliche Bezeichnung verwenden zu knnen. 8.2 Zusammenhnge mit der Elastizittstheorie Bei der Idealisierung des Bo

45、dens als linear-elastisches Material gelten die Beziehungen: 21*=EE (1) und EE =2s211(2) 8.3 Ermittlung durch Auswertung von Setzungsbeobachtungen Die zur Durchfhrung von Setzungsberechnungen erforderlichen Moduln sind vorzugsweise durch Rck-rechnung von Setzungsbeobachtungen an vergleichbaren Bauwe

46、rken oder Grndungskrpern und vergleichbaren Baugrundverhltnissen zu gewinnen. Dabei sind fr die Rckrechnung der Moduln und fr die Setzungsberechnung die gleichen mechanischen Modelle zu verwenden. Die rckgerechneten Moduln werden mit Embezeichnet. Auf der Grundlage dieses Moduls Emist der Rechenmodu

47、l E* fr die Setzungsberechnung nachvollziehbar festzulegen. 8.4 Ermittlung aus Laborversuchen Im Labor ermittelte Kennwerte von Bden sind fr die Festlegung von E* mit Erfahrungen zu vergleichen und gegebenenfalls entsprechend zu modifizieren. Als Nherung darf E* Esangesetzt werden. ANMERKUNG 1 Bei n

48、ichtbindigen Bden knnen aus dem Baugrund Bodenproben von hinreichender Probengte, an denen die Bestimmung der Bodensteifigkeit im Labor zuverlssig ausgefhrt werden knnte, nur in Ausnahmefllen gewonnen werden. ANMERKUNG 2 Bei bindigen Bden hngt die Aussagekraft der im Labor ermittelten Moduln von der

49、 Gte der entnommenen Bodenproben, von der Probenbehandlung im Labor sowie von einer Versuchsdurchfhrung ab, die die Vorgeschichte des Bodens und die Bedingungen des Anwendungsfalls bercksichtigt (siehe DIN 18135 und DIN 18137-1). 8.5 Ermittlung aus Feldversuchen Der Rechenmodul E* darf aus den Ergebnissen von Feldversuche