Bewertung von pseudo-statischen Methoden zum Grundbruchwiderstand von Fundamenten unter seismischer Beanspruchung

Die gängige Methode zur Beurteilung der Grundbruchsicherheit von Fundamenten bei seismischer Beanspruchung basiert auf dem Ansatz von pseudo-statischen Beschleunigungskräften, welche die Trägheitskräfte aus dem Überbau und im Boden repräsentieren. Die einzelnen Komponenten der klassischen dreigliedrigen Grundbruchgleichung in der DIN 4017 werden hierfür mit geeigneten Abminderungsfaktoren versehen. Ergebnisse hierzu aus neueren numerischen Studien werden zusammengestellt. Eine Alternative stellen kuppelförmige 3-D-Grenzfächen der Tragfähigkeit als Kombinationen von Vertikallast, Horizontallast und Biegemoment dar, die zum Versagen führen. Auch die DIN-Gleichung kann in eine solche Grenzfläche umgewandelt werden. 3-D-Grenzflächen werden für den Fall eines rein kohäsiven und eines kohäsionslosen Bodens verglichen und bewertet. Ein weitverbreitetes FEM-Programm mit einer Grenzbedingung nach MOHR-COULOMB wird eingesetzt, um den Einfluss der Lastneigung und -exzentrizität sowie der Trägheitskräfte im Boden für typische Konfigurationen numerisch zu erfassen. Die Eignung der FEM als robuste Berechnungsmethode wird bestätigt, wobei alle Modellierungsdetails adäquat berücksichtigt werden müssen. Auf den Einfluss des Dilatanzwinkels wird gesondert eingegangen. Es wird gezeigt, dass die erweiterte Grundbruchgleichung für die praktische Anwendung sehr gut geeignet ist und zudem den Vorteil eines stetigen Übergangs vom statischen zum seismischen Lastfall bietet.

Assessment of pseudo-static methods for the bearing capacity of footings under seismic loading
The common method for assessing the bearing capacity of foundations under seismic loading is based on the assumption of pseudo-static acceleration forces which represent the inertial forces from the superstructure and those in the ground. The components of the classic tripartite bearing capacity equation in DIN 4017 are provided with suitable reduction factors for this purpose. Results from recent numerical studies are compiled. An alternative representation is a dome-shaped 3-D bearing strength surface in terms of combinations of vertical load, horizontal load, and bending moment that lead to failure. The equation in the DIN can also be converted into such a surface. 3-D surfaces are compared and evaluated for the case of a purely cohesive and a cohesionless soil. A widely used FEM code with a Mohr-Coulomb constitutive model is then applied to numerically capture for typical configurations the effects of load inclination and eccentricity as well as of the inertial forces in the soil. The suitability of the FEM as a robust calculation means is confirmed, provided that all modelling details are adequately considered. The influence of the dilation angle is discussed separately. It is shown that the extended bearing capacity equation is particularly suitable for the application in design, and also offers the advantage of a steady transition from the static to the seismic loading case.