Diplomarbeit "Verformungsverhaltens von mit Geogittern bewehrten Tragschichten"

Untersuchung des elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von mit Geogittern bewehrten Tragschichten im Erdbau 

Dipl.-Ing. Waldemar Pauls

Verkehrsflächen werden durch die Reifen von Fahrzeugen mit zum Teil hohen Lasten beansprucht. Um die Verkehrsflächen dauerhaft zu befestigen, werden Tragschichten aus Schotter zum Beispiel der Körnung 0/45 mm verwendet. Die Schottertragschicht muss eine gute Lastverteilung sicherstellen, so dass beim Übergang zum gewachsenen Baugrund dessen in der Regel deutlich geringere Scherfestigkeit durch die verbleibenden Beanspruchungen nicht überschritten wird.

Anhand einer numerischen Simulation wiederholter Lastwechsel, wie sie bei Überfahrten von Verkehrsflächen auftreten wurde untersucht ob das elastische Verhalten der Geogitter zu einer Reduzierung der plastischen Setzung gegenüber unbewehrten Tragschichten führt. Dazu wird die zu untersuchende Situation im Plaxis Programm Input (Bild 1) definiert und anschließend gerechnet.

Die Ergebnisse wurden in Excel-Tabellen übertragen (Bild 2) und grafisch ausgewertet (Bild 3). Im ersten Durchlauf der numerischen Simulation wurden die Bodenkennwerte variiert, bei gleich bleibender Belastung. Zwei Varianten wurden parallel gerechnet und miteinander verglichen, zum einen die Variante ohne Geogitter und zum zweiten die Variante mit Geogitter. Variiert wurden die Bodenkennwerte, Steifemodul Es und der Dilatanzwinkel y. Es wurde festgestellt das der Dilatanzwinkel y den größten Einfluss hat auf die Setzungsdifferenz zwischen den beiden Varianten.

Bild 3 zeigt ein Ergebnis einer Berechnung mit der Eingabe y = 0°, d.h. infolge von Scherbeanspruchungen findet keine Volumenvergrößerung statt. In einem zweiten Durchlauf blieben die Bodenkennwerte konstant, dafür wurde die Last schrittweise erhöht. Woraus ersichtlich wurde, dass je höher die Belastung gewählt wurde, desto größer wurde die Setzungsdifferenz zwischen den beiden Varianten. Das Geogitter zeigt sehr gute Stabilisierungs-Eigenschaften in der Tragschicht.

Des Weiteren wurde die effektive Spannung in der Fuge zwischen der Tragschicht und dem Untergrund, in den jeweiligen Varianten untersucht. Das Ergebnis sieht man in Bild 4; das Geogitter reduziert deutlich die Spannungsspitzen und verbessert deutlich die Lastverteilung.
Das in den Berechnungen gewählte Geogitter hatte eine zul. Dehnung von 1%. Im Anschluss der vorangegangenen Untersuchungen wurde überprüft, ob die zul. Dehnung der Geogitter eingehalten wurde (Bild 5), dem war so. Die maximal eingetretene Dehnung betrug 0,54%, bei einer maximalen axialen Kraft, von 5,60 KN/m