DER BAUINGENIEUR
11. Jahrgang 10. Oktober 1930 Heft 41
DIE GEOTECHNISCHEN ARBEITSMETHODEN DER SCHWEDISCHEN STAATSBAHNEN1
Von Regierungsbaumeister a. D. Ii. Hoffmann.
t f b e r s i c h t . V eran lassu n g zu r A u sarb eitu n g der schw edischen B odenuntersucliungsm ethod en. B od en un tersuchu n g im G elande, die dann folgenden L a b o ra to riu m sa ib e ite n und S tan d sicherh eitsu nter- suchungen. M aBnahm en zu r E rh o h u n g der S tan d sicherh eit der B a u w erke. P fah lbelastun gsversuch e bei G óteborg.
D ie A u s a r b e it u n g d e r im a llg e m e in e n so g u t w ie n o r m a li- s ie r te n g e o t e c h n is c h e n A r b e it s m e t h o d e n b e i d e n S c h w e d is c h e n S ta a t s b a h n e n w u r d e v e r a n la B t d u r c h d ie in S c h w e d e n v o r - h e rrsc h e n d e n , m e is t r e c h t u n g iin s tig e n U n te r g r u n d v e r h a ltn is s e . D a s c h a r a k t e r is t is c h e L a n d s c h a f t s b ild z e ig t a b g e r u n d c t e , fla c h ę G r a n itfe ls e n m i t d a z w is c h e n lie g e n d e n m e h r o d e r w e n ig e r a u s - g e d e h n t e n F la c h e n t o n ig e n u n d s c h lic k ig e n B o d e n s . D ie im s c h r o ffe n G e g e n s a tz z u r F e s t i g k e i t d e s F e ls e n s a u B e r o rd e n tlic h s c h le c h t e T r a g f a h ig k e it d e s m e is t p la s tis c h e n b is fliis s ig e n t o n ig e n u n d s c h lic k ig e n B o d e n s h a t sc h o n v o n j e h e r z u r e c h t u m fa n g re ic h e n s e lb s t t a t ig e n B o d e n b e w e g u n g e n in d e r F o r m v o n R u t s c h u n g e n V e r a n la s s u n g g e g e b e n u n d z u m T e il r e c h t e rh e b lic h e S c h a d e n v e r u r s a c h t .
I n s b e s o n d e r e w a r e in e g e d e ih lic h e E n t w ic k lu n g d e s E is e n - b a h n v e r k e h r s m i t e r h e b lic h e n S c h w ie r ig k e ite n v e r b u n d e n . D e r le t z t e n g r o B e n B a h n d a m m r u t s c h u n g b e i N o r r k ó p in g im J a h r e 19 1 8 w a r e n a lle in iib e r 40 M e n s c h e n le b e n z u m O p fe r g e fa lle n , w a h r e n d d e r m a te r ie lle S c h a d e n iib e r e in e h a lb e M illio n K r o n e n b e tr u g . E s .w a r d a h e r f iir d ie S c h w e d is c h e n S ta a t s b a h n e n e in e d r in g e n d e N o t w e n d ig k e it , d ie U r s a c lie n d e r a r t ig e r R u ts c h u n g e n n a h e r zu u n te r s u c h e n . Z u d ie s e m Z w e c k e w u r d e d ie g e o t e c h - n isc h e K o m m is s io n d e r S c h w e d is c h e n S t a a t s b a h n e n in s L e b e n g e ru fe n . S ie s c liu f d ie G r u n d la g e n f iir e in e s y s t e m a t is c h e B o d e n u n te r s u c h u n g u n d h a t d ie s e in e in e m in s c h w e d is c h e r S p r a c h e v e r fa B t e n S c h lu B b e r ic h t im J a h r e 19 2 2 v e r ó f f e n t li c h t 2.
V o n d ie s e r Z e it a b h a t d ie g e o te c h n is c h e A b t e ilu n g d e r S c h w e d is c h e n S t a a t s b a h n e n s e lb s t d ie w e ite r e n A r b e it e n in d ie H a n d g e n o m m e n , s ie is t im L a u fe d e r Z e i t z u g le ic h z u e in e m g e m b e - fr a g te n R a t g e b e r a u c h f iir d ie v ie le n in S c h w e d e n n o c h b e tr ie b e n e n P r iv a t b a h n e n w ie iib e r h a u p t a llg e m e in in b o d e n te c h n is c h e n F r a g e n g e w o r d e n u n d v e r f i i g t s o m it iib e r e in u m fa n g re ic h e s E r fa h r u n g s m a te r ia l.
A u s g a n g s p u n k t f iir a lle g e o t e c h n is c h e n A r b e it e n m u B te n a tu rg e m a B d ie u n m it t e lb a r e I n a u g e n s c h e in n a h m e d es z u u n te r - su c h e n d e n B o d e n s im G e la n d e s e lb s t se in . D a P r o b e b e la s t u n g e n a n d e r O b e r fla c h e w e g e n d e r b e i R u ts c h u n g e n a u ftr e te n d e n M a s se n w irk u n g e n w e r tlo s sin d u n d d ie R u ts c h u n g e n s ic h m e is t bis t ie f in d e n U n t e r g r u n d e rs tre c k e n , m u B te n g e e ig n e te V e r - fa h re n z u r P r iifu n g d e r a u c h in g ro B e re n T ie fe n la g e r n d e n B o d e n - sc h ic h te n a u s g e a r b e it e t w e rd e n . W e g e n d e r im e in z e ln e n e r fo rd e r lic h e n U n te r s u c h u n g e n m u B te n d ie s e V e r fa h r e n a u c h le ic h t u n d s c h n e ll d u r c h fiih r b a r se in . E s m u B te z u n a c h s t ein G e r a t b e s c h a f ft w e rd e n , d a s e in s c h n e lle s u n d sich e re s H e r a u s - fin d e n d e r u n g iin s tig s te n B o d e n a r t e n g e s t a t t e t , d e n n e r s t n a c h A u s s c h e id u n g d e r w e n ig z u R u t s c h u n g e n n e ig e n d e n G e la n d e - fla c h e n lo h n t es sich , g e n a u e r e U n te r s u c h u n g e n v o rz u n e h m e n .
1 D a n k der freun dlichen A nregungen d u rch H e rm G eh eim rat H e r t w i g u nd H errn R egieru n g sb au rat F r i i h , B erlin-C harlotten burg, sowie der liebensw iirdigen Fflhrungen. und E rlau teru n gcn der H erren Ingenieur O l s s e n und D r. L i d e n v o n den Schw edischen S ta a ts
bahnen w ar es dcm V erfasser m óglich, gelegentlich einer Studienreise einen naheren E in b lick in die geotechnischen A rbeitsm ethod en der Schw edischen S taatsbahn en zu gewinnen,
• S taten s J arn vagars G eo tek n isk a K om m ission 1 9 1 4 — T922, S lutb etan kand e a v g iv e t till K u n g l. Jam vag sstyrelsen , Stockholm 1922, C en traltryckeriet.
F i i r d ie iib e r s c h la g lic h e v e r g le ic h s w e is e A b t a s t u n g des U n te r g r u n d e s b e i g r o B e r e r T ie fe n la g e d e s fe s te n B o d e n s (im a llg e m e in e n F e ls e n o d e r G eró ll) w u r d e sc h o n fr iih z e it ig d e r a u c h h e u t e n o c h f iir so lc h e Z w e c k e f a s t a u s s c h lie B lic h b e n u t z t e S o n d b o h r e r (A b b . r u . 2) e n t w ic k e lt . E r b e s t e h t im w e s e n tlic h e n
■
Dr eh hebelVorbohrung ■'->
mittels ■ ' ' Spaten bohrer ■
■t-Z J T Z Ż i '
i :
i l/ollbelasłung ■
KI a mm er u.6 Gewichfsplatten (tOO kg)
sAbdeck-ut. Fuhrungsboh/e
' •' Sand ;
Ton
-A bb. 1. Sondbohrer in A rb eitsstellun g.
(bei B eg in n der D rehungen).
B ohr- gestan ge.
Bohrer- sp itze.
a u s e in e m k o n is c h z u g e s p itz te n S p ir a lb o h r e r m it a n s ch lie B e n d e m G e s ta n g e , d a s d u r c h 1 m la n g e S t a b e b e lie b ig v e r la n g e r t w e rd e n k a n n . D u r c h A n b r in g e n e in e r K la m m e r u n d A u f s e tz e n v o n G e w ic h t s s c h e ib e n a u f d ie s e k a n n d e r B o h r e r b e la s t e t w e rd e n u n d n a c h A u fs c h r a u b e n e in e s H e b e ls a m o b e r e n G e s ta n g e e n d e k a n n ih m e in e D r e h b e w e g u n g e r t e ilt w e rd e n .
D e r A r b e it s v o r g a n g b e im S o n d b o h r e n i s t fo lg e n d e r : N a c h A b h e b e n d es H u m u s b o d e n s w ir d d e r S o n d b o h r e r a n fa n g s o h n e G e w ic h ts s c h e ib e n a u f g e s te llt u n d d a s E in s in k e n in fo lg e E ig e n - g e w ic h t s b e o b a c h t e t, b is es p r a k t is c h a u fh o r t, d . h . b is d ie Z e it f iir e in e E in s e n k u n g u m e in e n Z e n t im e te r r d . 10 s e c u b e r s t e ig t.
D a n n e r s t w ir d d e r B o h r e r d u r c h A n b r in g e n d e r K la m m e r (5 k g ) u n d w e it e r n a c h u n d n a c h d u r c h A u f s e t z e n d e r G e w ic h t s -
7 0 2 HOFFMANN, DIE GEOTECHNISCHEN ARBEITSMETHODEN. BK ll BAUINGENIEUR 1930 HEFT 41.
scheiben auf 15, 25, 50, 75 bis 100 kg belastet (ś. Abb. 1). Nach einem Einsinken von je 1 m werden zur Vermeidung eines Auf- sitzens auf den Erdboden die Belastungsglieder voriibergehend
Fiir Bohrungen im Sand- und Kiesboden sowie ais Vor- bohrung fiir die Sondierungen dient in der Regel der Spaten- bohrer oder der Loffelbohrer. Beide bestehen aus zwei sich gegeniiberstehenden Schaufeln, die oben durch einen Rahmen mit dem aufgehenden Gestange verbunden sind und durch Drehung des Gestanges in den Boden eingeschraubt werden. Ge- stangeglieder und Drehhebel sind die gleichen wie beim Sond- bohrer.
Der schneller arbeitende Spatenbohrer (Abb. 3) kann noch kleine Steine aufnehmen, verliert dagegen beim Herausziehen leicht feinsandigen Boden, ein Nachteil, der sich durch Einbau
Cestdngek/ammer
flamm fiaube
Abb. 4 . Loffelbohrer.
Abb. 3 . Spatenbohrer,
abmontiert, bis eine weitere Verlangerungsstange aufgeschraubt ist. Tritt bei der Hóchstbelastung von 100 kg keine merkliche Einsenkung mehr auf, so wird der Drehhebel aufgeschraubt und der Yersuch durch Beobachtung des Ein-
aflusses der Drehung des ganzen Gerates fort- gesetzt, bis sich auch hierbei keine merk- lichen Einsenkungen mehr zeigen (bis die Einsenkung bei 100 halben Umdrehungen nicht mehr 1 oder 2 cm iibersteigt). Nach beendeter
— Fpl Bohrung wird der Bohrer gegebenenfalls unter
j
---
r—JZuhilfenahme eines Hebe-
b
bau mes herausgezogen.
/ ii __. Nimmt die Festigkeit
^ l | ' . 1 j. des Bodens in gróBerer |_ iii - 1 Tiefe ab, so werden zur
|E Verzógerung der Eindrin-
^ , •;, gungsgeschwindigkeit des ]
{Sondbohrcrs Entlastungen
Jj| vorgenommen. Bei Sond- C3 ^ !;i '-- StU bohreruntersuchungen im
•5 ! 1
ji| Wasser wird das Eigenge-
/ T \ 1 wicht des Gestiinges mit
\ I” beriicksichtigt. Der Bohrer
| , l , } | wird dabei zur Vermei-
^
dung des Ausknickens mit
\ || einem Rohr umgeben, das
|| • (i ! sich auf den Boden auf-
-- - | | ; setzt bzw. bei weichem Un-
r p Z ylin d er-
tergrunde aufgehangt wird.
bohrer. Die so durchgefiihr-
^
r\ ten Sondbohrungen er-
V
Jmóglichen es mit ein-
r Abb. 5 . fachen Mitteln, in kurzer
---
WZeit einen hinreichenden
1 v.
Nach dem Wiede*yYsetzen der Hegei J
/
herauszuz/enenL|\
Stopse/AnschluBalied des
4-
Einsetzaestanges zumjAusschrauben der / f Kege/sp//ze
/
F d h rh
ausschrautbare' Kege/spitie
Abb. 6. Kolbenbohrer.
von Verbindungsblechen zwischen die-Schaufeln mindern laBt.
Der fiir feinsandigen Boden geeignetere Loffelbohrer besitzt vólliger ausgebildete Schaufeln, von denen eine nach Anheben eines am Rahmen befestigten Schiebers zur leichteren Boden- entnahme drehbar befestigt ist (s. Abb. 4).
Wegen der bei bindigen Bodenartcn leicht eintretenden Anderungen der Festigkeit infolge Zerstórung des natiirlichen Gefiiges muBte bei der Auswahl der BohrgerS.te eine Probe-
Kannen- Oberblick iiber die unge-
bohrer. fahren Untergrundverlialt-
nisse zu gewinnen und Lage und Grenzen besonderer Bodenschichten mit geniigender Genauigkeit zu ermitteln. Der weitere Schritt fuhrt nun zur unmittelbaren Inaugenscheinnalime der an den ungiinstigsten Stellen auch in gróBerer Tiefe vorhandenen Bodenartcn durch Probeentnahmen.
entnahme im natiirlichen gewachsenen Zustande angestrebt
werden. Das alteste, heute noch bei bindigen Bodenarten fiir
untergeordnete Zwecke Venvendung findende Gerat, der Kannen-
bohrer (Abb. 5a), besteht aus zwei gegeneinander drehbar ge-
lagerten Rohren mit aufgehendem, ein Ręchts- und Linksdrelien
ermóglichendem Gestange und ist zur leichteren Eindringung
in den Boden unten mit einer Spiralspitze versehen. (Die
Drehungsmóglichkeit des Gestanges im Rechts- und Linkssinne
DF.n BAUINGENIEUR
1930 IIEFT 41. HOFFMANN, DIE GEOTECHNISCHEN ARBE1TSMETHODEN. 7 Ó 3
w ir d d u r c li In e in a n d e r g r e ife n d e r G e s ta n g e e n d e n e rre ic h t. D ie V e r b in d u n g d e r G e s ta n g e t e ile in d e r R ic h t u n g d e r G e s ta n g e - a c h s e w ir d d a b e i d u r c h e in e n S c h r a u b e n s p lin t g e sic h e r t.) N a c h E in s c h r a u b e n b is z u r g e w iin s c h te n T ie f e b e w ir k t b e i D r e h u n g e n t g e g e n d e m B o h r s in n e e in e a m a u B e re n R o h r b e fe s t ig t e S c h n e id e d ie F r e ig a b e e in e s in beide" R o h r e e in g e la ss e n e n S c h litz e s u n d w e ite r h in d a s E in p r e s s e n cies B o d e n s in d e n In n e n r a u m . D u r c h D r e h u n g im B o h r s in n e w ir d d a n n d ie te ilw e is e u m g e r iih r te B o d e n p r o b e im B o lir e r e in g e s c h lo s se n u n d k a n n n a c h H e ra u s - z ie h e n d e s G e r a t e s e n tn o m m e n w e rd e n . W e i t b e s se re R e s u lt a t e lie fe r t d e r a m u n te r e n E n d e o ffe n e Z y lin d e r b o h r e r (A b b . 5 b ) . E r w ir d n a c h A b s e n k e n e in e s M a n te lro h r e s b is z u r E n t n a h m e - t ie f e in d e n G r u n d d es B o h r lo c h e s e in g e d r iic k t. D e r in fo lg e R e ib u n g im Z y lin d e r h a ft e n d e B o d e ń k a n n n a c h H e r a u s h e b e n d e s G e r a te s d u r c h A u f k la p p e n e in e r Z y lin d e r h a lf t e in n a h e z u u n u m g e r u h r te m Z u s t a n d e e n tn o m m e n w e rd e n .
W e s e n t lic h p rak tisch e*r in d e r H a n d h a b u n g is t d e r j e t z t f a s t a u s s c h lie filic h v e r w a n d t e K o lb e n b o h r e r (A b b . 6), d e sse n G e s ta n g e d e r a r t s t e if a u s g e b ild e t is t, d aB e r b e i w e ic h e m B o d e n a u c h o h n e V o r b o h r u n g in g ro B e re T ie fe n a b g e s e n k t w e rd e n k a n n . E i n u n t e n o ffe n e r H o h lz y lin d e r v o n 44 ,5 m m D u r c h m e s s e r u m s c h lie B t m it s e in e m a u fg e h e n d e n R o h r g e s t a n g e e in e n K o lb e n m it a n s c h lie B e n d e m ( S o n d b o h re r-) G e s ta n g e d e r a r t , d aB K o lb e n u n d Z y lin d e r g e g e n e in a n d e r b e w e g t w e rd e n k o n n e n . W a h r e n d d e s A b s e n k e n s w e r d e n R o h r - u n d S t a b g e s t a n g e d u r c h e in e le ic h t lo s b a r e K la m m e r g e g e n e in a n d e r in so lc h e r L a g e fe s tg e - h a lt e n , daB K o lb e n u n t e r k a n t e u n d Z y lin d e r r a n d b iin d ig lie g e n . N a c h L ó s e n d e r V e r b in d u n g s k la m m e r u n d w e ite r e m E in d r iic k e n des R o h r g e s t a n g e s u m 64 c m t r e ib t d e r n u n m e h r in d e n Z y lin d e r e in d r in g e n d e B o d e n d e n K o lb e n b is z u m o b e re n A n s c h la g h o c h . N u n w ir d d ie K la m m e r w ie d e r g e sc h lo s se n u n d d ie n a h e z u im n a t iir lic h e n Z u s t a n d e g e w o n n e n e B o d e n p r o b e k a n n n a c h H e r a u s h e b e n d e s B o h r e r s e n tn o m m e n w e rd e n . V o n d e r P r o b e w ir d a n b e id e n E n d e n j e e in S t iic k v o n 3 cm L a n g e e n t fe r n t u n d e rs t d a n n a n d e n E n d e n je e in 8 c m la n g e s P r o b e s tiic k a b g e s c h n itte n . E s w e r d e n s o m it b e i j e d e r B o h r u n g z w e i P r o b e n in e in e m M itte n - a b s t a n d v o n 50 c m g e w o n n e n . E s h a t s ic h g e z e ig t, d a B d u rc h d a s E n t fe r n e n d e r 3 cm la n g e n E n d e n d e n S t r u k t u r v e r a n d e r u n g e n d es B o d e n s in fo lg e d e s B o h r v o r g a n g e s g e n u g e n d R e c h n u n g g e - t r a g e n w ir d .
U m d a s A b s e n k e n d e s Z y lin d e r b o h r e r s d u r c h v e r h a ltn is - m a B ig fe s t e n U n t e r g r u n d zu e r le ic h t e m , v e r s u c h t m a n m o g lic h s t w e it m it d e m S p a te n - o d e r Ł ó ffe lb o h r e r v o r z u a r b e it e n o d e r r a m m t v o n H a n d e in f iir d ie s e n Z w e c k b e s o n d e rs k o n s tr u ie r te s M a n te lr o h r ( A b b . 6) m it a b s c h r a u b b a r e r H a u b e u n d k e g e l- fó r m ig e r S p it z e in d e n B o d e n . N a c h d e m A b r a m m e n u n d d e m E in b r in g e n e in e s (K a n n e n b o h r e r -) G e s ta n g e s w ir d d ie K e g e l- s p it z e h e r a u s g e s c h r a u b t , w o d u r c h f iir d a s A n s e tz e n d e s K o lb e n - b o h r e r s e in h in r e ic h e n d b e m e s s e n e r A r b e it s r a u m fr e ig e g e b e n w ird . D ie K e g e ls p it z e k a n n f iir e in -w eiteres A b r a m m e n n a c h d e r P r o b e e n tn a h m e m i t H ilfe d e s g le ic h e n G e s ta n g e s w ie d e r e in g e b r a c h t w e r d e n . F i i r d ie D u r c h d r in g u n g v o n E is , g e fr o r e n e m B o d e n u n d H o lz r e s t e n im U n t e r g r u n d e w u r d e e in e R e ih e b e - m e r k e n s w e r t e r S o n d e r g e r a te lc o n stru ie r t, d e re ń B e s c h r e ib u n g im R a h m e n d ie ses A u f s a t z e s le id e r n ic h t m o g lic h is t.
D ie E r g e b n is s e d e r A r b e it e n im F e ld e , d e s S o n d ie re n s so w ie d e r P r o b e e n tn a h m e w e r d e n s o r g fa lt ig in v o r g e d r u c k t e F e ld - b iic h e r e in g e t r a g e n u n d d ie s e s o w ie d ie B o d e n p r o b e n an d a s L a b o r a t o r iu m d e r g e o t e c h n is c h e n A b t e ilu n g d e r S c h w e d is c h e n S ta a t s b a h n e n in S t o c k h o lm e in g e s a n d t. D ie f iir d ie A u fn a h m e d e r B o d e n p r o b e n v e r w e n d e t e n , m it v o r g e d r u c k t e m E t i k e t t v e r- se h e n e n P r o b e fla s c h e n w e r d e n z u v o r z u r V e r m e id u n g v o n W a s s e r g e h a lt s v e r lu s t e n m it P a r a ff in a b g e d ic h t e t .
D ie n u n fo lg e n d e L a b o r a t o r iu m s a r b e it b e s t e h t z u n a c h s t in e in e r g e n a u e n N a c h p r iifu n g d e r v o m B o h r k o lo n n e n fiih r e r a n d e r P r o b e fla s c h e v e r m e r k t e n B o d e n a r t d u r c h e in e n G e o lo g e n u n d w e ite r h in d u r c h e in e z a h le n m a B ig e F e s t le g u n g d e r b a u - t e c h n is c h e n B o d e n e ig e n s c h a fte n .
D ie e n t w ic k e lt e n M e th o d e n z u r z iffe m m a B ig e n A n g a b c d e r B o d e n e ig e n s c h a fte n fu B e n a u f d e m G r u n d s a tz , d a B f iir d ie B e u r te ilu n g d e r t e c h n is c h e n E ig e n s c h a f t e n d es B o d e n s im w e s e n t-
lic h e n d ie G e s a m tw ir k u n g d e s B o d e n m a te r ia ls u n d w e n ig e r d a s V e r h a lt e n d e s e in z e ln e n B o d e n k o r n e s v o n B e d e u t u n g is t. A u f d ie v ie lf a c h iib lic h e n S c h la m m a n a ly s e n z u r E r m it t lu n g d e r K o rn g ro B e n b z w . d e r K o r n v e r t e ilu n g w ir d d a h e r v e r z ic h t e t . A is f iir te c h n is c h e Z w e c k e m e is t a u s r e ic h e n d w u r d e d ie B e s t im m u n g d e s W a s s e r g e h a lt e s u n d d e r F e s t i g k e i t b z w . d e r g e g e n - se itig e n B e z ie h u n g b e id e r a n g e s e h e n . D a b e i w u r d e w e g e n d e r M e n g e d e r z u u n te r s u c h e n d e n P r o b e n a u f le ic h te D u r c h fiih r - b a r k e it d e r M e th o d e n g r o B e r W e r t g e le g t, u m a u f G ru n d e in e s sc h n e lle n U b e r b lic k e s m o g lic h s t b a ld e n t s c h e id e n d e M a B n a h m e n tr e f fe n zu k o n n e n .
D e r n a t iir lic h e W a s s e r g e h a lt w ir d in iib lic h e r W e is e d u rc h V e r d u n s t u n g e in e r fr is c h e n tn o m m e n e n P r o b e im T r o c k e n s c h r a n k b e i i o o ° C (b is d a s G e w ic h t a n n a h e r n d k o n s t a n t b le ib t) u n d d u r c h A b w ie g e n v o r u n d n a c h d e m T r o c k e n v o r g a n g b e s tim m t.
D a d ie g e n a u e E r m it t lu n g d e r fiir d ie F e s t i g k e i t b in d ig e r B o d e n m a B g e b e n d e n K o n s is t e n z u n d K o h a s io n r e c h t s c h w ie r ig is t, w u r d e e in V e r fa h r e n e n t w ic k e lt , d a s in r e c h t e in fa c h e r W e is e ein e n u n g e fiih r e n V e r g le ic h s w e r t d u r c h A n g a b e e in e r R e l a t i v - z a h l lie fe r t : d ie n o r m a lis ie rte K e g e lp r o b e . M it H ilf e d e s in A b b . 7 d a r g e s te llte n F a lla p p a r a t e s w ir d ein M e t a llk o n u s v o n b e s tim m te m G e w ic h t
u n d S p itz e n w in k e l iib e r d e r h o r iz o n ta l a b g e g lic h e n e n B o d e n - p r o b e so a u fg e s te llt , d aB d ie S p it z e d ie
B o d e n p r o b e e b e n b e - ___
r iih r t , u n d d ie E in - d r in g u n g s tie fe d ieses K e g e ls b e im fre ien F a l i g e m e sse n . D e r K e g e lfa llv e r s u c h lie f e r t w e g e n d e s Z u - sa m m en w rir k e n s v o n R e ib u n g m i t D r u c k - u n d S c h e r fe s t ig k e it e in e R e la t iv z a h l fiir d ie a llg e m e in e W id e r-
s t a n d s f a h ig k e it d e r " --- ---I5cnv- v e r s c h ie d e n e n B o d e n .
D ie U n te r s u c h u n g e in e r g ro B e re n Z a h l v e r s c h ie d e n e r T o n - s o rte n e rg a b , daB d ie b e im F a llv e r s u c h a u fg e w e n d e t e a u B ere A r b e it b e i ein em je d e n T o n e p ro p o r- tio n a l d e m K o n u s - w e g is t. E in T o n m it 10 m m E in d rin g u n g s - t ie f e e in e s 60 g -
6 o ° - K o n u s k o n n te so m i t d e r r e la t iv e n F e s t ig k e it s z a h l (h fd lfa st- h e ts ta l) ,,1 0 " b e z e ic h n e t w e rd e n u n d d ie F e s t ig k e it s z a h le n a n d e r e r T o n e w ie a u c h s p a te r h in a lle r iib r ig e n b in d ig e n B o d e n a r te n a u f d ie s e G r u n d z a h l b e z o g e n w e rd e n . A u f d ie s e r B a s is k o n n te a u c h e in e U m r e c h n u n g f u r d ie b e i b e s o n d e rs w 'eich em b z w . b e i b e s o n d e rs fe s te m B o d e n m a t e r ia l z w e c k m a B ig e r V e r w e n d u n g fin d e n d e n K o n u s g e w ic h t e v o n 10 g b z w . 100 g u n d 6 o ° b z w . 30° S p itz e n - w in k e l v o rg e n o m m e n w e rd e n .
D ie F e s tig k e it s z a h le n w e rd e n s o w o h l f iir d ie u n u m g e r iih r t e P r o b e a is a u c h f iir d ie y o lls t& n d ig u m g e r u h r te (b is d ie E in s e n k u n g s tie fe b e i g le ic h e m K o n u s a n n a h e rn d k o n s t a n t b le ib t) e r m it t e lt . D a s V e r h a lt n is d ie s e r b e id e n W e r t e g ib t d a n n e in e n W e r t fu r d ie V e r a n d e r lic h k e it d e s B o d e m v id e r - s t a n d s v e r m o g e n s .
F i i r d ie v o lls t a n d ig u m g e r u h r te P r o b e w u r d e w e ite r h in d u r c h e in e e in g e h e n d e U n te r s u c h u n g e in e r g ro B en Z a h l v o n T o n e n in so fe rn e in e B e z ie h u n g z w is c h e n W a s s e r g e h a lt u n d F e s t i g k e i t g e fu n d e n , a is d ie W a s s e r g e h a lt e v e r s c h ie d e n e r T o n -
7 0 4 HOFFMANN, DIE GEOTECHNISCHEN ARBEITSMETHODEN. DEK BAUINGENIEUR 1030 HEFT 41.
p ro b e n g r u p p e n w e is e a n n a h e r n d g le ic h m a B ig b e i e n tsp r e c h e n d e n F e s t ig k e it e n zu - b z w . a b n a h m c n . D u r c h E in fu h r u n g e in e r V e r - g le ic lis z a h l i s t es s o m it m o g lic h , b e i je d e r g e g e b e n e n F e s t ig k e it s - z a h l u n d W a s s e r g e h a lt s z if fe r f iir d e n u n t e r s u c h tę n T o n d e n p r o z e n t u a le n W a s s e r g e h a lt b e i d e r F e s t ig k e it i o z u b e s tim m e n . D ie s e P r o z e n t z if fe r w ir d m it „ F e i n h e i t s z a h l" (fin le k s ta l) b e - z e ic h n e t . W e n n g le ic h e in fe in k ó r n ig e r B o d e n b e i ein u n d d e r- s e lb e n K o n s is t e n z m e h r W a s s e r e n t h a lt a is e in g r o b k o rn ig e r, so g i b t d ie s e „ F e i n h e i t s z a h l" d e n n o c h k e in u n b e d in g t r c la t iv e s M aB fiir d ie F e in h e it d e s M a te r ia ls , d e n n e s k a n n z. B . ein s c h lic k ig e r L e h m d ie g le ic h e F e in h e it s z a h l w ie e in re in e r T o n u n d e in s a n d ig e r T o n d ie g le ic h e F e in h e it s z a h l w ie e in re in e r L e h m b e s itz e n . D ie F e in h e it s z a h l s t e llt a lso n u r d e n d u rc h - s c h n it tlic h e n F e in h e it s g r a d d es M a t e r ia ls d a r . v . T e r z a g h i b e - z e ic h n e t d a h e r d ie s e Z a h l in se in e m n e u e n W e r k e 3 a is „ N o r m a l- w a s s e r g e h a lt " , d. h . a is d a s W a s s e r b in d u n g s v e r m o g e n des B o d e n s b e i e in e r b e s tim m te n „ K o h a r e n z " .
B e i d e n b e o b a c h te te n R u t s c h u n g e n h a t m a n m e is t n u r d ie E n d p u n k t e d e r G le it fla c h e m it S ic h e r h e it b e s tim m e n k o n n e n , w a h r e n d d ie e ig e n t lic h e G le it fla c h e n b ild u n g s e lb s t in fo lg e g le ic h - z e itig e n E n t s t e h e n s s e k u n d a r e r R u ts c h u n g e n u . d g l. e in e m e h r k o m p le x e E r s c h e in u n g w a r. M it h in r e ic h e n d e r G e n a u ig k e it k o n n te m a n d ie tlie o r e t is c h u n g iin s tig s te n k r e is z y lin d r is c h e n G le it fla c h e n d u r c h d ie E n d p u n k t e d e r ^ ta tsa c h lic h b e o b a c h t e t e n G le it fla c h e le g e n . D ie d a b e i e r m it t e lt e n K o h a s io n s z iffe r n er- g a b e n b e im Y e r g le ic h n u l d e n je w e ils v o r g e fu n d e n e n n a c h d en o b e n e rw a h n te n V e r fa h r e n b e s tim m te n F e s t ig k e it s z if fe r n d es B o d e n s R e c h n u n g s u n te r la g e n f iir S ta n d s ic h e r h e it s n a c h w e is e an b e lie b ig e n a n d e r e n S te lle n .
D e r R e c h n u n g s g a n g i s t s o m it fo lg e n d e r : D a s M o m e n t d e r a m U m fa n g e d e r G le i t f la c h e w ir k e n d e n K o lia s io n s k r a f te w ir d m it d e m M o m e n t d e s G e w ic h t e s d e r v o n d e r G le it fla c h e ein g e- s c h lo s se n e n B o d e n m a s s e in b e z u g a u f d e n M it t e lp u n k t d e r im Q u e r s c h n itt k r e is fo r m ig e n G le it fla c h e in s G le ic h g e w ic h t g e -
O urch /tbgroben o d er m ittels Spafesibohrer/ierges/eiltesBotirloch
E in d rin g u n g stie fe n des S o n d b o h re rsie iB e la stu n g '
i/on ą5j 15.__b is 100 kg
fe s te r Boc/en
Eindringungstiefen des Sondbohrers b e i 25100.____
b is SOOholben Um drehungen
Datum derSondbohrung
V - Wassergehaltsdiagramm.
F aa Fcinheitszahldiagramm.
Hł — Festigkeitsdiagramm fiir dic volłkommen umgcriihrte Probc.
H j = Festigkeitsdiagramm fur die unvollkommcn umgcruhrtc (Kanncnbohrer-) Probc.
H3« Festigkeitsdiagramm fur dic unumgeruhrte Probc.
II,: H j *=* Diagramm des VerhSltnisses der ununigerulirten Probe zur Festigkeit der vóll- kommen umgcriihrtcn Probc.
A bb . 8.
G a.-k F r
i |
k - p ^F r f r
G/eił - k
-
Schubspannung7u f c/iefiactieneinheff
G a -F'k-r +Pb Ga-P'b F-r
G - Gewicht den/on der Gleitflache umsch/ossenen Boc/en masse
/I - Hauptdruckbank S
-Sekunc/ar -Druckbank
CL
A bb. 9. E rdb au tech n ische Stan d siclierhcitsnach w eise.
D ie in d e r o b e n b e s c h rie b e n e n W e is e e r m it te lt e n W e r t e d e s W a s s e r g e lia lt e s (V ), d e r F e s t ig k e it (H :1 fiir K o lb e n - o d e r Z y lin d e r - b o h r e r p r o b e , H 2 fu r d ie K a n n e n b o h r e r p r o b e u n d H ! fiir d ie v o ll- s t a n d ig u m g e r iih r te P r o b e ) u n d d e r F e in h e it s z a h l (F) w e rd e n f iir je d e B o d e n p r o b e in ein e b e s o n d e re K a r t o t h e k k a r t e e in g e- t r a g e n u n d m e is t z u sa m m e n m it d e n S o n d b o h r e rg e b n is s e n in d e r in A b b . 8 d a r g e s te llte n W e is e in d ie P r o filz e ic h n u n g e n ein- g e tr a g e n . A u s d e r g r a p h is c h e n D a r s t e llu n g g e w in n t m a n b e i e in ig e r t ł b u n g e in e n g u t e n t ) b e r b lic k iib e r d ie je w e ils Y o r
h a n d e n e n B o d e n v e r h a lt n is s e . G le ic h z e it ig sin d d a m it a u c h d ie G r u n d w e r te f iir d ie n u n fo lg e n d e s t a t is c h e U n te r s u c h u n g ge- g e b e n .
D ie e rd b a u te c h n is c h e n S ta n d s ic h e r h e it s n a c h w e is e e rfo lg e n a u f G ru n d d e r th e o r e tis c h e n A n n a h m e k r e is z y lin d r is c h e r G le it fla c h e n u n d in A n le h n u n g a n d ie b e i R u t s c h u n g e n g e m a c h te n B e o b a c h tu n g e n . I n . W ir k lic h k e it h a b e n d ie G le it fla c h e n sc h o n w e g e n d e r u n g le ic lim a B ig e n F e s t ig k e it d e r B o d e n s c h ic h t e n im Q u e r s c h n itt e in e v o n d e r K r e is fo r m m e h r o d e r m in d e r a b - w e ic h e n d e , r e c h n e r isc h k a u m o d e r s c h w e r e rfa B b a re G e s t a lt .
3 Ingenieurgeologie v o n R e d l i c h , v . T e r z a g h i und K e m p e , B erlin 1929, Ju liu s Springer
s e t z t u n d d ie S c h u b - (K o h a s io n s-) S p a n n u n g k e r m it t e lt (A b b . 9 a ) . D u r c h P r o b ie r e n , d. h . d u r c h Y e r a n d e m v o n L a g e u n d R a d iu s d e r G le it fla c h e , fin d e t m a n b e i e in ig e r U b u n g n a c h z w e i b is d re i R e c h n u n g s g a n g e n d e n u n g iin s tig s te n (g ró fite n ) W e r t v o n k . D ie s e r w ir d m it d e m t a t s a c h lic h y o r h a n d e n e n k in d e r W e is e v c r g lic h e n , d a B m a n a u f G r u n d d e r v o r e r w a h n t e n U n te r s u c h u n g e n f iir H :1 = 40 b z w . 80 d e n W e r t k = 1 b z w . 2 t/ m 2 s e t z t , Z w is c h e n - w e r t e w e rd e n lin e a r e in g e s c h a lte t, w a s n a c h b is h e rig e n E r m it t - lu n g e n a u c h n o c h f iir H 3 = 20 b is 100 m it g e n iig e n d e r G e n a u ig k e it z u la s s ig is t. U n t e r A n n a h m e u n g iin s tig s te r B e la s t u n g ( V c r k c lir s la s t u sw .) b e g n iig t m a n s ic h b e i S ta n d s ic h e rh e its u n te r - s u c h u n g e n v o n D a m m e n m it d e n so g e fu n d e n e n k - W e r te n ; fiir B r iic k e n u n d h o c h w e r t ig e B a u w e r k e t e c h n e t m a n m it e n t s p r e c h e n d e n S ic h e r h e it s fa k t o r e n .
W e n n g le ic h d ie t a ts a c h lic h e in g e tr e te n e n R u t s c h u n g e n n ic h t im S t a d iu m d e r th e o r e tis c h e n H o c h s t b e la s t u n g e in t r a te n , so b e s it z t d a s a n g e w a n d t e R e c h n u n g s v e r fa h r e n d e n n o c h n a c h d en b is h e rig e n E r fa h r u n g e n h in r e ic h e n d e n r e la t iv e n W e r t u n d h a t s ic h — a u c h w e g e n s e in e r E in f a c h h e i t — g u t b e w a h r t .
E r g i b t d ie s t a t is c h e U n te r s u c h u n g e in e u n g e n iig e n d e S ta n d - s ic h e r h e it, so s u c h t m a n e n t w e d e r d ie b e tr e ffe n d e n B a u w e r k e
DER BAUINGENIEUR
1030 HEFT 41. SPILKER, HORIZONTALE EIGENSCHWINGUNGEN YON TURBINENFUNDAMENTEN. 7 0 5
an e in e g iin s tig e r e S te lle zu v e r le g e n o d e r, fa lls d ie s n ic h t m ó g lic h , f iih r t m a n d e n je w e ilig e n o r tlic h e n V c r h a lt n is s e n R e c h n u n g tr a g e n d e G r u n d v e r s t a r k u n g e n a u s.
D ie h a u fig s te n / m e is t b e i g e n iig e n d w e ite m z u r V e r fiig u n g stc h e n d e m G e la n d e v o r g c n o m m e n e n G r u n d v e r s ta r k u n g e n b e ste h e n in d e r A n o r d n u n g v o n „ D r u c k b a n k e n " (s. A b b . g b).
D ie s t a t is c h e W ir k u n g s w e is e d ie s e r D r u c k b a n k e b e r u h t d a rin , daC sie e in d e r z u b e fiir c h tc n d e n R u t s c h u n g e n tg e g e n w ir k c n d e s M o m e n t e rz e u g e n . M itu n te r. is t es d a b e i m it R iic k s ic h t a u f d ie S ta n d s ic h e r h e it d e r D r u c k b a n k s e lb s t e rfo rd e r lic h , e in e S c k u n d a r - b a n k y o r z u s e h e n (A b b . g c ) .
I s t d ie A n w e n d u n g d e r D r u c k b a n k e u n z u re ic h e n d o d e r m it R iic k s ic h t a u f d ie o r tlic h e n V e r h a lt n is s e n ic h t d u r c h fiih r b a r , so s u c h t m a n d a s d ie R u t s c h u n g b e d in g e n d e M o m e n t G - a zu m in d e rn , in d e m m a n s t a t t d e r D a m m e r d e b z w . d e s n a t iir - lic lien B o d e n s e in e s p e z ifis c h le ic h t c r e M a sse (K o h le n s c h la c k e ) v e r w e n d e t , o d e r m a n v e r r in g e r t d a s w ir k s a m e G e w ic h t G d u rc h A b l t u t z u n g e in e s T e ile s d e s B o d e n s a u f P fa h lr o s t .
I n G o t e b o r g w u r d e n z. B . b e im B a u d e r A n s c h lu B r a m p e n fiir d ie W e s t k iis t c n b a h n - V ia d u k t e P f a h lv e r s t a r k u n g e n u n d D r u c k b a n k e g le ic h z e it ig a n g e w a n d t. D e r P f a h lr o s t b e s t e h t a u s q u e r z u r D a m m a c h s e a n g e o rd n e te n H o lz p fa h lr e ih e n m it e n g ste m A b s t a n d a n d e r h o c h s te n D a m m s te lle . D ie P fa h lk d p fe sin d in n e rh a lb d e r e in z e ln e n R e ih e n d u r c h E is e n b e t o n b a lk e n m it- e in a n d e r v e r b u n d e n . M a n e r r e ic h t d a b e i d e n d o p p e lte n Y o r t e il, daB e in m a l d a s G e w ic h t d e r D a m m s c liiit t u n g z u m g ro B en T e il a u f d ie P f a h le iib e r t r a g e n u n d z w e ite n s in fo lg e d e r s t a b ile r e n g e g e n se itig e n F e s t le g u n g d e r P f a h le e in e e rh ó h te S c liu b s ic h e r h e it des U n te r g r u n d e s (b e i G le it fla c h e n b ild u n g ) g e w a h r le is t e t w ird .
B e i H e r s t e llu n g d e r lin k s s e it ig e n B r iic k e n r a m p e a m K la r - a lv e n b e i K a r l s t a d s in d n u r E ir iz e lfa lle a u s B e t o n o h n e je d e K o p fv .e rb in d u n g z u r A u s fiih r u n g g e la n g t . G e w is se rm a B e n a is K o p fv e r a n k e r u n g d ie n t h ie r e in e v o n N a t u r g e g e b e n e K ie s - sc h ich t. I n f o lg e ih r e s im V e r h a lt n is z u m T o n r e c h t h o h e n W id e r s ta n d s v e r m o g e n s v e r h in d e r t sie s e it lic h e V e r s c h ie b u n g e n d er P f a h lk o p f e . G le ic h z e it ig i s t z u r w e ite r e n M in d e r u n g d e r R it ts c h u n g s g e fa h r d e r a u f d e m P f a h lr o s t r u h e n d e B a h n d a m m aus K o h le n s c h la c k e h e r g e s te llt.
R e c h t s c h w ie r ig u n d k o s ts p ie lig w a r d ie A u s fu h r u n g e in e r n eu en D a m m s c h iit t u n g d u r c h d e n S a g s jo n - S e e . D e r U n te r - g ru n d d es v o n d e m S e e a u s g e fflllte n T a lk e s s e ls b e s te h t a u s seh r w e ic h e m S c h lic k - u n d T o n m a t e r ia l. D ie U n te r s u c h u n g der a m B a h n d a m m la n g s d e s S e e u fe r s e in g e t r e te n e n B o d e n - b e w e g u n g e n lieB e in e V e r le g u n g d e r B a h n lin ie a is n o t w e n d ig e rsch ein e n . S ie w u r d e w e g e n d e s a llg e m e in s c h le c h t e n U n t e r g ru n d e s a is k iir z e s t e S tr e c k e m it t e n d u r c h d e n S e e g e le g t. E in e.
A b t a s t u n g d e s U n te r g r u n d e s n a c h te ilw e is e r S c h iit t u n g e in e s n orm ale n E r d d a m m e s z e ig t e e in f a s t lio r iz o n t a le s A u s flie B e n des D a m m a te r ia ls . U m d e m D a m m flu B e in e n s ic h e r e n H a l t zu g eb en , g in g m a n d a z u iib e r, a u f bfeiden S e it e n d e s D a m m e s S te in s c h iitt u n g e n a u s g e b r o c h e n e n F e ls b ló c k e n p a r a lle l z u r D a m m a c h s e a u s z u fiih r e n , d ie n a c h u n d n a c h d u rc h S p r e n g u n g bis z u m fe s te n G r u n d h e r u n t e r g e b r a c h t w u r d e n .
Im Z u s a m m e n h a n g m it d ie s e n G r u n d v e r s ta r k u n g s a r b e it e n seien a n d ie s e r S t e lle d ie in F j a llb o b e i G o te b o r g a u s g e fiih r te n b e m e rk e n s w e r te n P fa h lb e la s t u n g s v e r s u c h e e r w a h n t. E s s o llte n d a b e i fiir d e n P f a h lr o s t e in e r u m fa n g re ic h e n , a u f r e c h t w e ic h e m U n te r g r u n d e z u e r r ic h t e n d e n E is e n b a h n w e r k s t a tt e n a n la g e d ie
a u B e r s t z u la s s ig e n P f a h lla s t e n e r m it t e lt w e rd e n , w o b e i in s b e s o n d e re a u f d ie E r fa s s u n g d e s E in flu s s e s d e r A b s t a n d e d e r P f a h le u n t e r e in a n d e r W e r t g e le g t w u rd e .
D ie V e r s u c h s a n o r d n u n g w a r fo lg e n d e : J e ein w tir fe lfó r m ig e r B e t o n k ló t z w a r a u f z w e i G r u p p e n v o n H o lz p fa h le n a u f g e s e t z t , d e re ń je d e so a u s g e b ild e t w a r , d a B in d ie E c k e n e in e s re g e lm a B ig e n S e c h s e c k e s s o w ie in d e s se n M it t e j e e in P f a l i l z u s t e h e n k a m . D ie s o m it g le ic h e n A b s t a n d e z w is c h e n d e n P f a h le n je d e r G r u p p e b e t r u g e u 0 ,7 b z w . 1,2 m . B e id e P fa h lg r u p p e n s o w ie e in f iir V e r g le ic h s v e r s u c h e g e s c h la g e n e r E in z e lp f a h l w u r d e n b is z u r E la s t iz it a t s g r e n z e b e la s t e t , d. h . n u r s o w e it, a is E in s e n k u n g u n d B e la s t u n g e in a n d e r p r o p o r tio n a l b lie b e n . A u c h w u r d e n d u rc h g e n a u e B e o b a c h t u n g e n b e i w ie d e r h o lt c n E n t la s t u n g e n E r m iid u n g s e r s c h e in u n g e n v e r m ie d e n .
M a n s t e llt e d a b e i u n t e r a n n a h e r n d g le ic h e n B o d e n v e rh a .lt- n issen fe s t, d a B f iir d ie d o r t ig e n U n te r g r u n d v e r h a lt n is s e b e i d e n v o rg e s e h e n e n P fa h lg r u p p e n m it 0 ,7 m P f a h la b s t a n d d ie zu - la s s ig e h o c h s t e P f a h lb e la s t u n g 12 t, m it 1,2 m P f a h la b s t a n d
18 ,5 t b e tr u g , w a h r e n d d e r E in z e lp f a h l (bei g le ic h e n P f a h l a b - m e ssu n g en ) b is zu 19 ,2 t b e la s t e t w e r d e n k o n n te . B e i e in e m P f a h la b s t a n d v o n 1,2 m w a r s o m it a n n a h e rn d d ic g r ó B tm ó g lic lie A u s n u t z u n g d e r P f a h lt r a g f a h ig k e it e rre ic h t. D e r g e r in g e U n t e r - s c h ie d in d e r T r a g f a h ig k e it d e s E in z e lp fa h le s is t m it 0 ,7 t im H in b lic k a u f g e r in g e U n g le ic h m a B ig k e ite n u n b e d e u te n d .
A u f G ru n d d e r V e rs u c h s e rg e b n is s e w a r e s m ó g lic h , d ie P f a h l b e la s t u n g u m 4 t h e r a u fz u s e tz e n , w a s b e i d e n 3000 h ie r g e - s c h la g e n e n R a m m p fa h le n e in e n ic h t u n b e t r a c h t lic h e E r s p a m is b e d e u te te .
N a c h d e n o b ig e n A u s fiih r u n g e n la B t s ic h d a s H a u p t - a r b e it s g e b ie t d e r g e o te c h n is c h e n A b t e ilu n g d e r S c h w e d is c h e n S ta a t s b a h n e n im w e s c n tlic h e n fo lg e n d e rm a B e n z u s a m m e n fa s s e n :
A u s g a n g s p u n k t fiir a lle U n te r s u c h u n g e n b ild e n d ic A r b e it e n im F e ld e . M it H ilfe d es S o n d b o lir e rs v c r s c h a f f t m a n s ic h e in e n u n g e fa h re n U b e r b lic k u b e r d ie U n te r g r u n d v e r h a ltn is s e . A n d e n u n g iin s tig s te n S t e lle n w e r d e n e in g e h e n d e r e U n te r s u c h u n g e n d u r c h B o d e n p r o b e n e n tn a h m e m it H ilfe d e s K o lb e n b o h r e r s ( Z y lin d e r b o h r e r u n d K a n n e n b o h r e r w e rd e n s e it e n a n g e w e n d e t) v o r g c n o m m c n u n d d ie s e P r o b e n d e m L a b o r a t o r iu jn z u r n a h e r e n P r iifu n g z u g e s a n d t.
I m L a b o r a t o r iu m w e r d e n d ie B o d e n p r o b e n n a c h g e n a u e r F e s t s t e llu n g d e r g e o lo g is c h e n B o d e n b e z e ic h n u n g im n a t iir lic h e n u n d im v o lls t a n d ig u m g e r iih r te n Z u s t a n d e je e in e r z w e ifa c h e n P r iifu n g u n t e r z o g e n : 1 . E r m it t lu n g d e s W a s s e r g e h a lt e s u n d 2. K e g e lp r o b e . M it H ilf e d e r so g e w o n n e n e n U n te r la g e n w e rd e n d ie Y e r g le ic h s w e r te f iir W id e r s ta n d s v e r m ó g e n (H t u n d H 3 b z w . H 2) u n d N o r m a lw a s s e r g e h a lt (F) b e r e c h n e t u n d d ie s e e in sch lie B - lic h d es W a s s e r g e h a lt e s (V) s o w ie z u s a m m e n m it d e n S o n d b o h r - e rg e b n is se n a u fg e tr a g e n .
A u f G r u n d d e s d u rc h d ie z e ic h n e r is c h e D a r s t e llu n g e rm ó g - lic h te n U b e r b lic k e s b z w . n a c h D u r c h fu h r u n g d e r a u f d e r A n n a h m e k r e is z y lin d r is c h e r G le it fla c h e n b a s ie re n d e n S ta n d s ic h e r h e it s - b e re c h n u n g e n w e rd e n d a n n d ie E n t s c h e id u n g e n iib e r d ie je w e ils v o r lic g e n d e n b a u t e c h n is c h e n E n t w iir f e - g e t r o ff e n . D a b e i k o m m t es g e g e b e n e n fa lls in F r a g e , fo lg e n d e G r u n d v e r s ta r k u n g e n z u r A u s fu h r u n g zu b r in g e n : S c h iit t e n v o n G e g e a d r u c k b a n k e n , A b s t iit z e n d e s B o d e n s a u f P f a h lr o s t , E r s a t z d e r E r d a u f la s t d u r c h s p e z ifis c h le ic h te r e S t o f fe u n d N ie d e r b r in g e n v o n B r u c h - s t e in s c h iitt u n g e n z u r S t iit z u n g d e s B ó s c h u n g s fu B e s .
HORIZONTALE EIGENSCHWINGUNGEN VON TURBINENFUNDAMENTEN BEI BERUCKSICHTIG UNG DER GEGENSEITIGEN BEEINFLUSSUNG DER QUERRAHMEN.
Yon Dr.-Ing. A. Spilker, Berlin-Siemensstadt.
U b e r s i c h t . N a ch cin leiten der U n tersu chu ng der Schw ingungs- eigenschaften eines m it drei M assen b eh afteten durch drei parallele Federn g e stu tz te n S tab es w erd en d ic liorizontalen G esam tschw ingun gen eines 6 -stie lig e n T urb in en fun d am en tes beh an delt. B ei V ern ach - lassigung der in R ic h tu n g d er Lan gsachse des F un d am en tes w irken den M assenkrafte ergeben sich hierbei drei Eigen schw in gungszahlen , v o n denen die b eid en n ied rigsten p ra k tis ch am w ich tig sten sind.
B is v o r k u r z e m w a r es iib lic h , d ie e in z e ln e n Q u e r r a h m e n e in e s T u r b in e n fu n d a m e n te s a is is o lie r t v o n d e n a n d e r n z u b e - t r a c h t e n u n d ih r e E ig e n fr e ą u e n z e n z u b e re c h n e n . D ie s e U n t e r - s u c h u n g s a r t g e n iig t f iir d ie B e s t im m u n g d e r e r s te n h o r iz o n ta le n G r u n d s c h w in g u n g , w e n n d ie Q u e r ra h m e n g e n a u g le ic h e S c h w in - g u n g s z a h le n h a b e n u n d d ie L a n g s t r a g e r la s t e n u n d -g e w ic h te d e m
7 0 6 SPILKER, HORIZONTALE EIGENSCHWINGUNGEN VON TURBINENFUNDAMENTEN. DER BAUINGENIEUR 1930 HEFT 41.
Hebelgesetz entsprechend auf die einzelnen Rahmen verteilt sind („horizontale Gcsamtschwingung" nach Ehlers, Festschrift Wayss & Freytag A. G.). Fiir den Fali, daB die genannte Voraus- setzung nicht erfiillt ist, daB also die Querrahmen yońeinander yerschiedene Eigenfrequenzen aufweisen, soli nach Ehlers nahe- rungsweise die horizontale Eigenschwingung n( eines Rahmens so ermittelt werden, daB dieser Rahmen mit den anschliefienden Langstragem ais ein zusammenhangendes Gebilde angesehen wird. Dabei nimmt Ehlers an, daB die Langstrager an den Nach- barrahmen eingespannt sind (Beton u. Eisen 1929 S. 413).
Ais Beląstung wird dabei fiir jeden Rahmen die Gesamtlast samtlicher Rahmen eingefiihrt. Aus den Einzelschwingungen n;
errechnet Ehlers die Gesamtschwingung n = |/ ^ n f . Dies Ver- faliren stellt eine Weiterentwicklung der in der Festschrift Wayss
& Freytag von Ehlers angegebenen Methode zur Berechnung der horizontalen „Einzelschwingungen" dar, denen jedoch nach neue- ren Erkenntnissen (Kayser, B. u. E. 1930 H. 1, Bauing. 1930 H. 6) keine praktische Bedeutung zukommt. Die danach errechneten Schwingungen liegen naturgemaB stets erheblich hoher ais die der isoliert gedachten Einzelrahmen und damit auch, wie spater gezeigt werden soli, ais die unterste Schwingungszahl des Ge- samtsystems. Trochę faBt zur Errechnung der waagerechten Ge
samtschwingung „die Querrahmen zu einem einzigen Rahmen aus der Summę der Einzelteile" zusammen (Beton und Eisen 1930, H. 7) und erhalt damit Werte, die der Wirklichkeit ziem- lich nahekommen. Er beriicksichtigt dabei jedoch nicht den Ab
stand der Querrahmen voneinander, die Steifigkeit der Langsr trager und ebensowenig wie Ehlers die Verteilung der Lasten auf die einzelnen Rahmen. Das Verfahren kann also auch nur ais eine Naherung angesehen werden.
Im Gegensatz hierzu soli im folgenden eine Berechnungs- methode* abgeleitet werden, die — klare statische Verhaltnisse vorausgesetzt — mit gróBerer Genauigkeit die auftretenden Schwingungen zu errechnen gestattet. Bevor jedoch die Unter- .suchung eines 6-stieligen Rahmenfundamentes in Angriff ge
nommen wird, mogen noch die Schwingungsverhaltnisse bei einigen venvandten Systemen behandelt werden, um die Unter- suchung des Hauptfalles und das Verstandnis der sich bei diesem ergebenden Schwingungswerte zu erleichtem.
I. Der mit den drei Massen m1( m2 und m3 behaftete starre und sonst masselose Stab 1—3 (Abb. 1) sei in den Punkten 1 bis 3
durch die in einer Ebene lie-
713genden Fedem fj, f2 und f3 ge- stiitzt, die sich unter der Be- lastung,,eins“ umdieStrecken w,,,
co2bzw. a>3 zusammen- driicken mogen. Jede der 3 Federn mit der zugehórigen Masse stellt fiir sich ein schwirigungsfahiges Gebilde dar, das mit den beiden andern Systemen durch den starren Stab 1—3 „gekoppelt" ist. Die Schwingungsausschlage der 3 Massen seien zu einer bestimmten Zeityj, y2 und ya. Bezeichnet man noch die zwischen dem starren Verbindungsstab und den 3 Einzelsystenten wirkenden Krafte mit Cj, C2 und C3, so erhalt man fiir die 3 Punkte aus der Bedingung, daB die statischen und dynamischen Krafte einander das Gleichgewicht halten miissen, die Gleichungen:
d2 7 i , yi _ r
Abb. 1.
(1)
d t 2 a 2 y»
d t 2
d2 y3
+ y *
y3
( 3 ) C2- - C 1(i+-J-) Zwischen den Verschiebungen y besteht die Gleichung:
——
y2 c,
et p e2 ... *
Abb. 2 .
( 4 )
e » _i_ e xEs stehen also zur Berechnung der 6 Unbekannten y und C 6 Gleichungen zur Verfiigung. Diese liefern nach einigen algebrai- schen Umformungen die Differentialgleichung 4. Ordnung:
( 5 ) d4 Yi , , dayx
a - d ^ - + b " d ^ + C y i = 0 ‘
Hierin bedeuten:
a = m, m3 (et + e2)2 -f mt m2 et2 + m, m3 e22
b
= (e, + e2)2 p + m') + e,2 ( - s + 5 ł) + e22 p + | N\(i)l a)31 \ 0)l (x)2'
Vcoa <^3' .
(e8 + e 2)2 _|_ Cl2__ ^ ęa2(03 CO, CO, CO, COft
Die allgemeine Lósung dieser Gleichung lautet:
(6) yŁ =
fisin/<j t + B
cosfat + C sin/t21 -f- D cos//2 t . Durch Einsetzen dieser Lósung in (5) erhalten wir ais Bedingungs- gleichung fiir
//:(7)
a
n4 — b
fi2+ c = o.
Die Gleichung hat 4 Wurzeln, die jedoch — vom Vorzeichen abgesehen — paarweise einander gleich sind. Die positiven Wur
zeln seien //, und
fi2.Aus ihnen folgen die minutlichen Schwin- gungszahlen des Systems zu:
( 7 »)
60 2
n60
2 71
/<i = ~ 9 ,5 5 /<i
/t2 = ~ 9,55
fi.Die Ermittlung der Konstanten A, B uswr., die von der Anfangs- lage bei Beginn des Schwingungsvorganges abhangig sind, er- iibrigt sich, da sie auf die Schwingungszahl ohne EinfluB sind.
Genau dieselbe Gleichung wie fiir yx erhalt man auch fiir y2 und y3, nur kónnen hier die Konstanten entsprechend einer andern Anfangslage auch andere Werte annehmen. Man erhalt also fiir jeden Punkt des Systems die gleichen Schwingungszahlen
% und n2, dereń Bedeutung sich am besten aus einem Beispiel ersehen laBt.
Es sei:
d t 2
Beispiel 1:
nij — m3 = 1,0 t/m sec2 m2 = 3,0 t/m sec2
1 ~ -1- = 10 000 t/m
(Ui co3
Die Gleichgewichtsbedingungen liefern fiir den Stab 1—3 die
Beziehungen (Abb. 2): ; 50 000 t/m
(2)
ei = e2 = 3-° m-
DŁRiSoUubft 41 EUR
s p il k e r, HORIZONTALE EIGENSCHWINCUNGEN y o n TURBINENFUNDAMENTEN. 707 M an e r h a lt a lso :a = 1,0 • 6 ,o 2 -f- i , o • 3,0 • 3 ,o 2 • 2 = g o t 2 s e c 4
I I . E s so li n u n n o c h d a s m1 g le ic h e S y s t e m w ie u n t e r I u n t e r s u c h t w e rd e n , w e n n d e r b = 6 , o 2 • 1 ,0 • IO o o o ■ 2 + 3 ,o 2 (3 ,0 • i o o o o + i , o • 5 0 0 0 0 ) • 2 s t a r r e S t a b r ~ 3 d u r c h e in e n e la s tis c h b ie g s a m e n S t a b e r-
= 2 1 ,6 • i o 5 t 2 se c 2
c = 6 ,o 2 • 10 o o o 2 + .3,o 2 • 10 000 • 50 000 • 2 = 1 ,2 6 • i o ł0 t 2
D ie B e d in g u n g s g le ic h u n g f u r /> la u t e t :
90 /t’ 2 1,6 • i o 5 /t2 -j- 1 ,2 6 • i o 10 n = o o d e r m it /t2 • i o 5 = x :
x 2 — 0,2 4 x 4-0,0 1 4 = o
= 0,10 , /t[ = 100
s e t z t w ir d , d e sse n T r a g h e its - m o m e n t im B e r e ic h e 1 — 2 m it J j, im B e r e ic h e 2— 3 m it n f J 2 b e z e ic h n e t w e rd e n m ó g e . D i e tib rig e n B e z e ic h n u n g e n s e ie n d ie g le ic h e n w ie u n t e r I . A u c h fiir d ie s e n F a l i g e lte n z u n a c h s t d ie G le ic h u n g e n (1) b is (3). N a c h A b b . 3 is t w e ite r :
a r
A bb. 3.
n, : 955
x 2 = 0 ,1 4 , /^2 = 1 1 8 ,2 n 2 = 9,55 ' I l S , 2 = 1 1 3 0
(8)
W O
(9) is t.
e i y - = y - ^ + ^ + y , . , + « ,
y = -
3 f a +
.5?__ /_. C>1 _ j ____e a \ r ł* e 2) l E J i E J j l 1 D ie e r s te S c h w in g u n g S z a h l e n t s p r ic h t e in e r D r e h b e w e g u n g d e s
S tab es- r — 3 u m d e n P u n k t 2, w o b e i y , = — y 3 u n d y 2 = o se in A u g u n d , , fo l t;
m u B . F i i r d ie s e n F a l i la B t s ic h n a u c h in e in fa c lis t e r W e is e er- 0 re c h n e n a u s d e r b e k a n n te n F o r m e l , _, n _ 3 F J i J 2
(ga) C j.:
300 n " l / T ' 1,0 • 9 ,8 1
w o o — - " o o o o = 0 ,0 0 09 81 m = 0,0981 c m d ie V e r s c h ie b u n g d er F e d e r 1 u n t e r d e r B e la s t u n g P j = g m* b e d e u te t. M a n Un d e r h a lt d a m it :
300
n i = ; / ... - - = 95 7 • [/ 0 ,0 981
ei e2 (ei J 2 + e2 Ji)
[ y i e 2 + y 3 e i — y 2 f a + e2)]U n te r B e a c h tu n g y o n G l. (2) u n d (3) e r h a lt m a n e b e n s o : 3 E J 1 J 2 (e i H- ^2)
e i 2 c 22 (c ! J 2 + e 2 J i)
c 2 - + : : ° iZ ź r„ J V 1 t : \ c* + y s e i ~ y * f a + e :)]
0 3 - “ + [ y i C l + y 3 C l “ ( C l + E i ) ]
D ie z w e ite S c h w in g u n g e n t s t e h t, w e n n a lle 3 M a sse n sich g le ic h z e itig n a c h e in e r S e it e b e w e g e n . I n d ie s e m F a ll e v e r s c h ie b t sich in fo lg e d e r S y m m e t r ie d a s g a n z e S y s te m g le ic h m a B ig u m
(x ,o + 3 , 0 + 1,0 ) • 9 ,8 1
D u r c h E in s e t z e n d ie s e r W e r t e in G le ic h u n g s g r u p p e (1) e r h a lt m a n fiir d ie se:
(5 - --- ;---:--- = 0 ,0 0 0 7 0 1 m = 0 ,0 70 1 cm .
10 000 + 50 000 + 10 000
(10)D a r a u s f o lg t :
300
= i / --- = I I 3 ° y 0 ,0 70 1
d 2 y i
d t 2 ■P iy i — Y iy 2 + a y 3 = 0
m2 -y'f- —
d ż y 3 d t 2 Yiyi +
Pi Yi—
YzYa = 0(l2 y_
3
d t2 + “ yi —
Y iy2
+ P 3y3 = ° ■
in U b e r e in s tim m u n g m it d e m v o r h e r e r m it te lte n W e r te .
B e i s p i e l ,2.
D ie A b m e s s u n g e n se ie n d ie g le ic h e n w ie b e im 1. B e is p ie l, je d o c h so lle n d ie M a sse n u n s y m m e tr is c h v e r t e i l t w e rd e n .
n ij = m 2 = 1,0 t/ m s e c 2 m 3 = 3,0 t/ m s e c 2 . E s w ir d h ie r :
a = 6 ,o 2 • 1,0 • 3,0 + 3 ,o 2 • 1,0 • 1,0 -f- x ,o • 3,0 • 3 ,o 2 = 14 4 t 2 se c4
b = 6 ,o 2 (3,0 ' i o 0 0 0 + i , o - 1 0 0 0 0 ) -f-3 ,o 2 (1,0 • 1 0 0 0 0 + 1 , 0 > 50000) + 3 ,o 2 (3 • 50 000 + 1,0 • 1 9 000) = 3 4 ,2 • i o 6 t 2 s e c 2
c = 1 ,2 6 • i o 10 t 2
H ie r b e i is t z u r A b k u r z u n g g e s e tz t:
3 F J 1 J 2
C1 e2 (ei Ja "t" e2 Ji)Pi
P i-
I . e , u
1
+ a (ei + e2) 2 e i e 2
P t
— ---h a
0)3 ~ -Y1 : +
ei e l + e 2
X
2
— 0 ,2 3 7 5 X + 0,008 7 5 = o x x = 0 ,0 4 5 7 , Ih = 6 7 .6 . n 646 x 2 = 0 ,1 9 1 9 , /n2 = 13 8 ,5 , n 2 = 13 2 3B e id e S c h w in g u n g s z a h le n sin d a ls o d u r c h v e r a n d e r t e L a s t v e r - te ilu n g w e s e n tlic h b e e in flu B t.
Y i - ^ -
E lim in ie r t m a n a u s G le ic h u n g s g r u p p e (10) d ie V e rs c h ie b u n g e n y 2 u n d y 3, so f in d e t m a n fu r d ie D iffc r e n t ia lg le ic h u n g 6. O r d n u n g :
708
Hier bedeuten:
SPILKER, HORIZONTALE EIGENSCHWINGUNGEN VON TURBIN EN FUNDAMENT EN. DER BAUINGENIEUR 1930 HEFT 41.
a ' : m, mi ni.3
b = /?! m2 m3 +
(!,,nij m3 + ft, m2
C - n i x (/?2
p3
—y x
y 2) + m „ (/3| & — a 2) + m „ ( & &-
d = Pi P 2 P 3 + a v ł — Pi Yi — 'h «2 — Pi Yi Yz ■
■ Y i Yi)
Gleichlautende Gleichungen erhalt man fiir die Verschie- bungen
y 2und y3. Die allgemeine Losung der Gl.
( i i )lautet:
(12)
yx = A sin t + B cos ^ t + C sin /<2 t
+ D cos /i2 t + E sin /<3 t -f- F cos //3 1 . Die Werte /i liefert die Bedingungsgleichung
(13) — a /i8 -j- b /t4 — c /t2 + d ~ o . Aus den 3 positiven Wurzeln ergibt sich unter I
(14)
| n, 1 n,
1 = 9.55 /'i 9,55 /*»
n 3 = 9.55 /<3
Zu den beiden Schwingungszahlen des unter I behandelten Sy
stems tritt hier also noch eine dritte Gesamtschwingung, die, wie nachstehendes Beispiel zeigt, wesentlich abhangig ist von der Steifigkcit des Balkens 1—3.
Beispiel 3.
Abmessungen und Massen sind die gleichen wie bei Bei
spiel 2. Die Tragheitsmomente des Balkens sind:
J j = 0 ,1 m 4
J2 — 0<J5 m4
Nach Errechnung der Hilfswerte erhalt man die Bedingungs
gleichung:
“ 3.° + 40,33 /i4 ■ 104 — 71,87
/r ■io8 + 23,30 • io12 = o, mit x = io4
/.r:—
x3 4 - 13.44 — 23,96 x 4- 7,9 = o . Die Wurzeln der Gleichung Iauten:
x x 0 .4 3 3 x 2 = 1,6 0 x 3 = 1 1 ,4
Hx=
65,6
f h = 1 2 6 , 5 M3 =
333.8
= 626 ns == 1208
n3 = 3 Z 9 ° ■
Ebenso findet man:
(15)
cl y
122 9 T t r = “ ft y"
d 2 y 3 d t 2
Die Gleichungen (xo) lauten nach Einsetzen dieser Werte:
(16)
Yi (Pi — i<i~ mi) — yi yt + « y3 = 0
- Yi Yi + Yi (P2 — /<i2 m s) — yt y3 = o
« Y l ~ y 2 + y 3 (/?3 “ / 'l2 m 3) = 0 .
Aus je zwei dieser Gleichungen lassen sich y, und y2 ais Funk- tionen von y3 ausdriicken.
Fiihrt man das angegebene Verfahren fiir das vorliegende Zahlenbeispiel durch, dann erhalt man fiir = 65,6
y i y 2
0 ,5 1 7 y 3
: + 0,129 y3 •
Die durch
/itcharakterisierte Schwingung ist also eine „Dreh- schwingung" um einen Punkt o, der in der Nahe der mittleren Masse ma liegt (Abb. 4).
Fiir /(2 = 126,5 ergeben sich die Ausschlage:
y i = + 6 ,3 3 y 3
Die Scliwingungsausschlage erfolgen hier samtlich nach der gleichen Seite (Abb. 5).
Der 3. Wert
/i3liefert:
y i = + 3 .3 9 y 3
ft y2 = — 10,92 y3 .
*3.33(/ \4 -
■10,32
\\ 0,\
Abb. 6.
Die Bedeutung der drei verschiedenen Schwingungszahlen laBt sich am besten veranschaulichen, wenn man die Verschiebungen y zu einem bestimmten Zeitpunkt t miteinander vergleicht. Aus Gl. (12) folgt, wenn man zunachst nur die von /i, abhangige Schwingung betrachtet:
d yi
d t > = " ^ Y i -
In diesem Falle scliwingen also die Massen m, und m3 nach der gleichen, die Masse m2 nach der entgegenge- setzten Richtung. Es sind also zwei , ,Knotenpunkte“ O!
und 0 2 vorhanden (Abb. 6).
III. Es soli nun die fiir dic beiden vorstehenden ein-
facheren Systeme abgeleitete Bereclinungsweise auf die Unter
suchung eines 6stieligen Rahmenfundamentes angewandt werden.
Das in Abb. 7 skizzierte System kann man sich zusammen- gesetzt denken aus
den drei Querrahmen ABB'A' und dem horizontal liegenden ,,Vierendeel“ - Trager Bx B2 B3 B*' B / Bj'.
Der Querrahmen Aj B
xBt' Aj' mogę unter dem EinfluB einer horizontalen Kraft 2 P = 2 t (Abb. 8), in Riegel- hohe eine waage- rechte Verschiebung
oj, erleiden, die sich in bekannter Weise bestimmen laBt. Die entsprechenden Werte fiir die andem beiden Rahmen seien mit a>2 und £
d3 bezeichnet. Nimmt man nun die Riegel und Stutzen ais masselos an und setzt voraus, daB die Fundamentmassen einschlieBlich der Maschinenlasten ais in den Eckpunkten B und B' konzentrierte Einzelmassen gegeben sind, so erhalt man ein Schwingungsgebilde, das dem unter II behandelten sehr iihnlich ist. Die drei Federn sind ersetzt durch die drei „Querrahmen‘‘
von bekannter Elastizitat, an Stelle des Balkens 1—2—3 ist der waagerechte Rahmentrager getreten. Ein Unterschied be
steht lediglich in der inneren statischen Unbestimmtheit des Rahmentragers sowie in der anderen Stiitzung desselben, auf die unten naher eingegangen wird. Die zwischen den drei Einzel-
.
/
A3
V i
777.
i
z 77?
A X
3
21 //
Abb. 7.
