Möglichkeiten und Grenzen numerischer Methoden in der Geotechnik

Die Verwendung numerischer Methoden ist mittlerweile zur Lösung komplexer Aufgaben in der Geotechnik gängige Praxis geworden, wobei die Finite-Elemente-Methode (FEM) die größte Bedeutung erlangt hat. Der Beitrag soll über die Möglichkeiten und Grenzen numerischer Methoden in der Geotechnik aufklären und helfen, evtl. vorhandene Vorbehalte gegenüber der Anwendung numerischer Methoden in der Geotechnik abzubauen. Nach einem Überblick über die vielfältigen Anwendungsgebiete der numerischen Methoden werden die Besonderheiten der Modellierung in der Geotechnik erläutert. Das sind u. a. die notwendigen Abstrahierungen des realen Baugrunds in einem numerischen Modell, die Größe des Berechnungsgebiets oder die Berücksichtigung der Baugrund-Bauwerk-Interaktion. Ausführlich wird auf die besondere Bedeutung der stofflichen Modellierung von Boden und Fels eingegangen und ein Überblick über die aktuelle Entwicklung der Stoffmodelle und deren Parameterbestimmung gegeben. Die FEM wird gegenwärtig auch vermehrt für die Bemessung geotechnischer Konstruktionen angewendet. Es werden die im Rahmen der gegenwärtigen Normungsinitiativen diskutierten Grundsätze für die Bemessung in der Geotechnik mittels numerischer Methoden beschrieben und bewertet. Aspekte im Zusammenhang mit dem Building Information Modeling (BIM) werden beleuchtet. Es wird auch auf die Notwendigkeit hingewiesen, spezialisierte Anwender zu qualifizieren, um numerische Methoden zielführend und sicher anwenden zu können.

Chances and frontiers of numerical methods in geotechnics
The use of numerical methods has become common practice in geotechnical engineering to solve complex tasks, with the finite element method (FEM) having gained the greatest importance. The article wants to inform about the possibilities and limits of numerical methods in geotechnics and to help in reducing any remaining reservations against the application of numerical methods in geotechnics. Following an overview of the manifold fields of application of numerical methods, special features of modelling in geotechnics are explained. These are, among other things, the necessary abstractions of the real building ground in a numerical model, the size of the calculation area or the consideration of the soil-structure interaction. The special importance of material modelling of soil and rock is discussed in detail and an overview of the current developments of constitutive models and their parameter determination is given. FEM is currently also increasingly used for the design of geotechnical structures. The principles for design in geotechnical engineering using numerical methods, which are discussed in the context of current standardisation initiatives, are described and evaluated. Aspects related to Building Information Modeling (BIM) are also examined. Finally, the necessity of specialized users' qualification in order to apply the numerical methods purposefully and safely is pointed out.