Mit dem Add-On Geotechnische Analyse können Sie die Eigenschaften von Bodenproben und spezifischen Bodenmaterialmodellen nutzen, um die Interaktion zwischen dem Gebäude und dem Boden sowie die Einflüsse der Fundamentkomponenten untereinander darzustellen. Darüber hinaus bietet es eine erweiterbare Bibliothek mit Bodeneigenschaften, die Berücksichtigung mehrerer Bodenproben an verschiedenen Standorten, die Ermittlung von Setzungen und Spannungsdiagrammen sowie deren grafische und tabellarische Darstellung.
Praktisches Beispiel
Sobald das Add-On aktiviert ist, können Sie mit Ihrer Arbeit beginnen, indem Sie die gewünschten Bodenmaterialien im Dialog Materialien definieren, das in Bild 2 dargestellt ist. In der Praxis müssen die Materialeigenschaften des Bodens manuell definiert werden, da sie für jedes einzelne Projekt spezifisch sind.
Dies ist auch in RFEM 6 möglich, wo Sie die Eigenschaften verschiedener Bodenmaterialien definieren können. Zusätzlich zu den Basismaterialeigenschaften (z.B. Elastizitätsmodul, Schubmodul, Querdehnmodul, spezifisches Gewicht/Dichte, Wärmedehnzahl) müssen Sie das Materialmodell auswählen, das für die realistische Modellierung des Bodenmaterialverhaltens verwendet werden soll.
In der aktuellen Version von RFEM 6 stehen sowohl das Mohr-Coulomb-Modell als auch ein nichtlineares Modell mit spannungs- und dehnungsabhängiger Steifigkeit zur Verfügung.
In diesem Beispiel wird das modifizierte Mohr-Coulomb-Modell ausgewählt, um das Verhalten des betreffenden Bodenmaterials zu modellieren. Daher müssen Parameter wie Kohäsion (c), Winkel der inneren Reibung (φ) und Dilatanzwinkel (ψ) im entsprechenden Dialog zugewiesen werden (Bild 3).
Eine erweiterbare Datenbank steht ebenfalls zur Verfügung, um die Auswahl der Bodeneigenschaften zu erleichtern. Um dies zu veranschaulichen, werden die anderen Bodenmaterialien in diesem Beispiel über die Materialbibliothek definiert, wie in Bild 4 dargestellt.
Als Nächstes sollten Sie die Bodenproben definieren, indem Sie die aus den Feldversuchen gewonnenen Informationen (d.h. die Eigenschaften des Bodenprofils an verschiedenen Stellen) eingeben. Die Bodenproben sind in RFEM 6 als spezielle Objekte verfügbar.
Wie Bild 5 zeigt, können Sie die Bodenschichten für die einzelnen Proben in einem übersichtlichen Dialog oder durch Eingabe der entsprechenden Daten in den Tabellen angeben. Da die Eigenschaften des Bodenmaterials bereits definiert sind, können Sie die Materialien direkt aus dem Dropdown-Menü auswählen und die zugehörige Dicke zuweisen. Es ist jedoch auch möglich, bei der Definition der Schichten neue Materialien zu definieren.
Wenn bei den Feldversuchen Grundwasser festgestellt wird, können Sie in diesem Dialog den Grundwasserspiegel zuweisen (Bild 5). Darüber hinaus können Sie mehrere Schichten und Bodenproben definieren, die zur Erzeugung des Bodens verwendet werden sollen. Eine entsprechende grafische Darstellung unterstützt die Definition einzelner Proben und hilft Ihnen bei der Überprüfung der Eingaben.
Für jede einzelne Probe sollten Sie die zugehörigen Koordinaten der RFEM-Arbeitsebene angeben, die der tatsächlichen Feldposition entsprechen, für die das Bodenprofil ermittelt wurde. Dies kann entweder im Dialog Bodenproben oder in den Tabellen erfolgen. In letzteren können Sie alle Koordinaten aus einem Dokument (z.B. einer Excel-Datei) kopieren und einfach einfügen. Die Bodenprofile werden dann im Arbeitsfenster angezeigt, wie in Bild 6.
Die Daten in Form von Bodenproben können nun verwendet werden, um das Bodenmassiv zu erstellen, das sowohl im Daten-Navigator als auch in den Tabellen als spezielles Objekt verfügbar ist. Genauer gesagt kann das Bodenmassiv aus den zuvor definierten Bodenproben generiert werden, aber Sie können es auch als einen Satz von Bodenvolumenkörpern generieren (d.h. indem Sie die Bodenvolumenkörper manuell definieren und auf das Massiv anwenden). In diesem Beispiel wird die erstgenannte Option verwendet.
Der Dialog Bodenmassiv ist in Bild 7 dargestellt. Um das Bodenmassiv aus Bodenproben zu generieren, müssen Sie zunächst die gewünschten Proben auswählen. Als Nächstes werden Sie aufgefordert, die Geometrie des Bodenmassivs zu definieren, indem Sie den Topologietyp, die Größe des Massivs und die Koordinaten seines Mittelpunkts festlegen. Die Tiefe wird automatisch anhand der Bodenprobendaten zugewiesen.
Bei Bedarf können Sie das Massiv um Z drehen. Sie können auch das mögliche Vorhandensein von Grundwasser berücksichtigen, indem Sie die Grundwasserspiegelfläche generieren. Wenn diese Option im Dialog ausgewählt ist, wird das Grundwasser in der interaktiven grafischen Darstellung angezeigt.
Sobald das Bodenmassiv generiert ist, wird es grafisch im RFEM-Arbeitsfenster angezeigt. Wie in Bild 8 dargestellt, besteht das Massiv aus so vielen Bodenvolumenkörpern, wie zuvor Schichten definiert wurden (in diesem Beispiel 4).
Die Flächen zwischen diesen Volumenkörpern sind NURBS-Flächen, die mit Spline-Funktionen definiert und durch die Positionen der Schichten in den Bodenproben approximiert werden. Wenn die Option zur Berücksichtigung des Grundwassers ausgewählt wurde, ist auch der Grundwasserspiegel in der grafischen Darstellung verfügbar.
Schließlich wurden die Auflager der Begrenzungsflächen über den Eintrag Typen von Flächen im Daten-Navigator generiert. Sie können beispielsweise sehen, dass die Auflager für die horizontalen Begrenzungsflächen unten fixiert sind, während Gleiten für die umgebenden vertikalen Flächen zulässig ist (Bild 9).
Abschließende Bemerkungen
Da die realistische Ermittlung der Bodenverhältnisse einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der statischen Berechnung von Bauwerken hat, wird in RFEM 6 das Add-On Geotechnische Analyse zur Ermittlung des zu analysierenden Bodenkörpers angeboten. Zu diesem Zweck können Sie Daten aus Feldversuchen bereitstellen, da das Add-On die Verwendung der Eigenschaften aus Bodenproben zur Ermittlung der relevanten Bodenmassive ermöglicht.
Dazu sollten Sie die Materialeigenschaften zuweisen, das geeignete Bodenmaterialmodell auswählen und die Bodenprofile im Programm definieren. Für jede Bodenprobe werden Sie aufgefordert, die Bodenschichten hinsichtlich Material und Dicke, Grundwasserspiegel (falls zutreffend) und Position der Probe im RFEM-Arbeitsfenster (entsprechend der tatsächlichen Feldposition, für die das Bodenprofil erfasst wurde) zu definieren.
Der Boden wird dann aus allen eingegebenen Proben mit Hilfe von 3D-Volumenkörpern generiert und der Konstruktion anhand der Koordinaten zugeordnet.