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Grofeldversuche mit flexiblen 6: Test no. 1, TECCO G65/3 + P33, at beginning of test, round gravel...

Date post:02-May-2018
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  • sterreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 112/2014 1

    Kurzfassung

    Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Kommission fr Technologie und Innovation (KTI) des Eidgenssischen Depar-tements fr Wirtschaft, Bildung und Forschung der Schweiz wurden in Winterthur unter der Leitung der Berner Fachhoch- schule Burgdorf Grofeldversuche mit flexiblen Bschungs- stabilisierungssystemen durchgefhrt. Dazu wurde ein 13 x 15 m groer Stahlrahmen mit Bodenmaterial verfllt und mit Hilfe eines 500 to-Raupenkrans schrg gestellt. Zur Stabilisierung des Bodenmaterials gegen oberflchennahe Instabilitten dient-en verschiedene Geflecht- und Netzabdeckungen in Kombina-tion mit einer Vernagelung. Dieser Beitrag gibt einen berblick ber die Versuchsanordnung und fasst die Erkenntnisse aus den durchgefhrten Grofeldversuchen zusammen. Zudem wird durch Rckrechnung das Bemessungskonzept RUVOLUM veri-fiziert. Im Hinblick auf projektspezifische Anwendungen sollen das Tragverhalten solcher flexiblen Sicherungssysteme besser verstanden, und die Anwendungsmglichkeiten, aber auch die Grenzen, aufgezeigt werden.

    Abstract

    In the scope of a research project by the Commission for Tech-nology and Innovation (CTI) of the Swiss Federal Department of Economic Affairs, Education and Research, large-scale field tests with flexible slope stabilization systems were performed in Winterthur under the direction of the Bern University of Applied Sciences in Burgdorf. For this purpose, a 13 x 15 m steel frame was filled with soil material and tilted using a 500 to crawler crane. Different mesh and net coverings combined with a nail anchoring system were used to stabilize the soil material against instabilities near the surface. This article gives an overview of the test assembly and summarizes the results from the large-scale field tests performed. In addition, the retrograde calculation of the RUVOLUM dimensioning concept was verified. In view of the project-specific applications, the load bearing behavior of this type of flexible safety system will be better understood and the possibilities of the application as well as the limits will be illustrated.

    1. Einleitung

    In Zusammenarbeit mit der Geobrugg AG als Industriepart-ner wurden insgesamt 23 Grofeldversuche an flexiblen Bschungsstabilisierungssystemen durchgefhrt. Durch Vari-

    Grofeldversuche mit flexiblen BschungsstabilisierungssystemenLarge-scale field tests with flexible slope stabilizations systemsVon D. F lum, St. Gallen (CH), M. S to lz , Burgdorf (CH) und A. Roduner, Romanshorn (CH) Mit 25 Abbildungen und 2 Tabellen

    Dipl.-Ing. Daniel F lum

    ation der Nagelabstnde und des Bodenmaterials konnte das Tragverhalten der unterschiedlichen Systeme eingehend analy-siert werden. Dies erlaubt einen objektiven Systemvergleich bei hnlichen Verhltnissen. Nach der Versuchseinrichtung, des verwendeten Bodenmateri-als und der getesteten flexiblen Bschungsstabilisierungssyste-me werden die Messeinrichtung beschrieben und die Versuchs- ergebnisse zusammengefasst. Die Auswertung beschrnkt sich primr auf die visuelle Analyse der Verformungen der Ober- flche auf der Grundlage von Laserscans. Unter Verwendung von systemspezifischen Krallplatten lassen sich daraus inter-essante Erkenntnisse hinsichtlich Lastausbreitung, Krftefluss und Verformungsverhalten gewinnen. Diese Informationen die-nen als Basis fr die Verifizierung des Bemessungskonzeptes RUVOLUM und geben Hinweise fr die praktische Umsetzung.

    2. Versuchseinrichtung

    Die Versuchseinrichtung besteht aus einem 13 x 15 m groen Stahlrahmen, welcher ber eine Flche von 10 x 12 m mit Bo-denmaterial bis zu einer Schichtstrke von 1.20 m gefllt werden kann. Die Neigung des Rahmens lsst sich ber einen 500 to Kran durch Anheben zwischen 0 und 85 variieren.

    Abb. 1: Gesamtansicht VersuchseinrichtungFig. 1: Total overview of testing equipment

    Prof. Dipl.-Ing. Martin S to lz

    Dipl.-Ing. Armin Roduner

  • Grofeldversuche mit flexiblen Bschungsstabilisierungssystemen

    2 sterreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 112/2014

    Die Grund- und Seitenflchen des Versuchsfeldes sind mit un-gehobelten Holzdielen flchig belegt. Damit die Gleitflchen von oberflchennahen Instabilitten sich innerhalb des Schtt- materials ausbilden und nicht dem Bretterboden folgen, wur-den zur Erhhung der Rauhigkeit in Querrichtung Holzlatten mit einer Querschnittsflche von 30 x 60 mm aufgebracht (vgl. Abb. 3 und 4). Die Geflechtabdeckung wurde oben und unten an Randseile vernht. Diese wiesen je nach Sicherungssystem einen Durch-messer von 14 22 mm auf und wurden gegen seitlich ange-ordnete Poller verspannt. Um einen Ausschnitt aus einer unend-lich langen Bschung mglichst realittsgetreu nachzubilden, wurde die Geflechtabdeckung seitlich ber U-Profile gegen den Rahmen verschraubt. Dies entspricht einer linearen unver-schieblichen Lagerung. Als Ngel wurden GEWI D = 28 mm bzw. D = 32 mm mit vermr-teltem Hllrohr eingesetzt. Die Verbindung zur Rahmenkonst-ruktion erfolgte ber eine am Nagel angeschweite Grundplatte, welche selbst gegen eine weitere Stahlplatte verschraubt wur-de. Das Hllrohr wurde in ein auf der Grundplatte befestigtes Stahlrohr gefhrt. Der Nagel gilt als biegesteif mit dem Rahmen verbunden. Auf eine herkmmliche Vermrtelung des Nagels musste aus installationstechnischen und zeitlichen Grnden verzichtet werden. Zur Befestigung des Geflechtes wurden auf das Geflecht abge-stimmte Krallplatten verwendet. Das obere Tragseil wurde nicht ber Nagel gehalten, sondern ber Seilstruppen gegen Poller fixiert. Der seitliche Abstand der Poller entspricht jeweils dem horizontalen Nagelabstand. Die Geflechtbahnen wiesen eine Breite von 2.0 3.5 m auf und wurden ber systemspezifische Verbindungsmittel miteinander kraftschlssig verbunden. Um ein Herausrieseln des rolligen Kieses durch die Maschen zu ver-hindern, wurde ab dem 4. Versuch unter der Geflechtabdeckung ein Gewebe mit einer ffnungsweite von 20 x 20 mm mit gerin-ger Zugfestigkeit und ohne statische Funktion aufgelegt.

    3. Zielsetzung

    Die Durchfhrung der Grofeldversuche hat das bergeordnete Ziel, das Tragverhalten solcher flexiblen Bschungsstabilisie-rungssysteme bei unterschiedlichen Randbedingungen unter

    Abb. 2: Versuch Nr. 1, TECCO G65/3 + P33, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Rundkies 16 32 mm, a = 35Fig 2: Test no. 1, TECCO G65/3 + P33, nail grid 2.5 x 2.5 m, round gravel 16 32 mm, a = 35

    Abb. 4: Versuch Nr. 13, TECCO G65/4 + P33, nach Rckbau Ge-flechtabdeckung und Ausbau Bodenmaterial, Nagelraster 3.5 x 3.5 mFig. 4: Test no. 13, TECCO G65/4 + P33, after dismantling mesh cover and removing material, nail grid 3.5 x 3.5 m

    Abb. 3: Versuch Nr. 2, Hexagonalstahldrahtgeflecht 80x100/2.7 mm, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Rundkies 16 32 mm, bei VersuchsendeFig. 3: Test no. 2, hexagonal steel wire mesh 80x100/2.7 mm, nail grid 2.5 x 2.5 m, round gravel 16 32 mm, at end of test

    Abb. 5: Versuch Nr. 5, TECCO G65/3 + P33, bei Versuchsbeginn, sandiger Kies 0 63 mm, Nagelraster 2.5 x 2.5 m, Randbefestigung obenFig. 5: Test no. 5, TECCO G65/3 + P33, at beginning of test, sandy gravel 0 63 mm, nail grid 2.5 x 2.5 m, top edge fastening Fig. 4: Test no. 13, TECCO G65/4 + P33, after dismantling mesh cover and removing material, nail grid 3.5 x 3.5 m

    Bodenmaterial k []

    ck [kN/m2]

    k [kN/m3]

    Rundkies, 16 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 63 mm 38 0 21

  • Grofeldversuche mit flexiblen Bschungsstabilisierungssystemen

    sterreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift, 159. Jg., Heft 112/2014 3

    mglichst realen Bedingungen zu analysieren und besser zu ver-stehen. Dies im Hinblick auf eine optimale Anwendung solcher Systeme in der Praxis. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes werden nur oberflchennahe Instabilitten mit einer maximalen Mchtigkeit von 1.20 m untersucht. Auf die Gesamtstabilitt und damit die Bemessung der Vernagelung gegen Bruchmecha-nismen mit tiefer liegenden Gleitflchen wird nicht eingegangen.

    4. Bodenmaterial

    Als Bodenmaterial wird zum einen ein Rundkies mit einer Korn-gre von 16 32 mm verwendet (Abb. 6). Dieses rollige Ma-terial fllt beim Einbau stets in die dichteste Lagerung. Es wie-derspiegelt zwar nur bedingt die natrlichen Verhltnisse, im Hinblick auf mglichst vergleichbare Randbedingungen eignet sich dieses jedoch optimal fr Versuchszwecke. Zum anderen wurde ein sandiger Kies aus gebrochenem Re-cyclingmaterial mit einer Korngre von 0 63 mm verwendet (Abb. 7). Dieses weist eine gute Verzahnung auf und ist einem Gehngeschutt hnlich. Die folgende Tabelle fasst die Bodenkennwerte auf charakte-ristischem Niveau zusammen. Diese basieren auf langjhrigen Erfahrungswerten und dienen fr Vergleichsrechnungen. Der Reibungswinkel des rolligen Kies entspricht dabei der Neigung des Schttkegels in unmittelbarer Nhe.

    Tabelle 1: Bodenkennwerte Table 1: Specific soil values

    Bodenmaterial k []

    ck [kN/m2]

    k [kN/m3]

    Rundkies, 16 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 63 mm 38 0 21

    5. Getestete Bschungsstabilisierungssysteme

    Die folgende Tabelle fasst die im Rahmen des KTI-Forschungs-projektes getesteten flexible Bschungsstabilisierungssysteme zusammen. Diese bestehen aus einer Geflecht- bzw. Netzab- deckung als flchige Elemente und systemspezifisch darauf an-gepasste Krallbzw. Befestigungsplatten.

    Bodenmaterial k []

    ck [kN/m2]

    k [kN/m3]

    Rundkies, 16 32 mm 33 0 20 Sandiger Kies aus gebrochenem Recyclingmaterial, 0 63 mm 38 0 21

    Abb. 6: Versuch Nr. 1, TECCO G65/3 + P33, bei Versuchsbeginn, Rundkies 16 32 mm, ohne GewebeFig 6: Test no. 1, TECCO G65/3 + P33, at beginning of test, round gravel 16 32 mm, without mesh

    Bodenmaterial k []

    ck [kN/m2]

    k [kN/m3]

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