Variation des Reibungswinkels bei der Bemessung von Baugrubenwänden mit der Finite-Elemente-Methode

Im vorliegenden Beitrag werden anhand zweier exemplarischer Systeme von Verbauwänden Berechnungen mit der Finiten-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt. Es handelt sich um eine einfach rückverankerte Spundwand sowie eine zweifach ausgesteifte Spundwand, bei denen der berechnete Erddruck, die Spannungen am Erdwiderlager, die Biegemomente der Verbauwand, die Stützkräfte, die Wandverformungen sowie die Gesamtstandsicherheit untersucht werden. Variiert werden dabei der Reibungswinkel sowie die Aushubtiefe. Als ein erstes Ergebnis der Parameterstudie wird der Einfluss des Reibungswinkels auf die für die Bemessung der Systeme relevanten Berechnungsergebnisse diskutiert.
Auf Basis der Parameterstudie wird abgeleitet, in welcher Weise sich verschiedene Nachweisverfahren gemäß Eurocode 7 auf die Bemessung auswirken. Es wird also z. B. untersucht, welche Auswirkung eine Reduktion des Reibungswinkels gemäß Nachweisverfahren DA3 im Vergleich zu einer Erhöhung der Schnittgrößen gemäß DA2 auf die Bemessung einer Verbaukonstruktion hat. Ebenfalls werden verschiedene Möglichkeiten zur Reduktion der Scherparameter mit der FEM beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit diskutiert. Abschließend werden Schlussfolgerungen zur Anwendung der verschiedenen Nachweisverfahren beim Einsatz der FEM gezogen sowie Hinweise zur Modellierung der Konstruktionsteile gegeben.

Variation of the friction angle for design of excavation pit walls with the finite element method.
In this article calculations for two exemplary systems of excavation pit walls are performed using the Finite Element Method (FEM). The first system represents a single anchored pit wall, the second a double supported pit wall. For both systems the calculated earth pressures and the pressures of the earth support are evaluated as well as the bending moments of the wall, the supporting forces, the displacements of the wall and finally the overall stability. In the study the friction angle of the soil and the excavation level are varied. As a first goal the influence of the friction angle on the calculated results are presented which are relevant for design of the structure.
Based on this parameter study it will be shown how the different design approaches according to Eurocode 7 influence the design. For example, the effect of reduction of the friction angle according to design approach DA3 is compared with an increase of the internal forces according to DA2. Also discussed are different ways to reduce the friction angle with FEM to proof the overall stability. Finally, conclusions are drawn to the application of the FEM in different proofs of stability of excavation pit walls and hints are given to model the elements of the construction.