Das Add-On Geotechnische Analyse nutzt die Kennwerte aus Bodenproben, um die Interaktion zwischen Gebäude und Baugrund sowie die Einflüsse der Fundamentbauteile untereinander abzubilden. Zudem bietet es eine erweiterbare Bibliothek von Bodenkennwerten, die Berücksichtigung von mehreren Bodenproben (Sondierungen) an unterschiedlichen Stellen, die Ermittlung von Setzungen und Spannungsverläufen sowie deren grafische und tabellarische Darstellung.
Praxisbeispiel
Sobald das Add-On aktiviert ist, kann die Definition der gewünschten Bodenmaterialien im Dialog Materialien, wie in Bild 02 gezeigt, erfolgen. In der Praxis müssen die Materialeigenschaften des Bodens manuell definiert werden, da sie projektspezifisch sind.
Dies ist auch in RFEM 6 möglich, wo die Eigenschaften verschiedener Bodenmaterialien definiert werden können. Neben den grundlegenden Materialeigenschaften (z. B. E-Modul, Schubmodul, Querdehnzahl, spezifisches Gewicht / Massendichte, Wärmeausdehnungskoeffizient) ist für eine realitätsnahe Modellierung des Bodenmaterialverhaltens das zu verwendende Materialmodell auszuwählen.
In der aktuellen Version von RFEM 6 stehen für die realistische Modellierung des Bodenmaterialverhaltens das Mohr-Coulomb-Modell sowie ein nichtlineares Modell mit spannungs- und dehnungsabhängiger Steifigkeit zur Verfügung.
In diesem Beispiel wird der modifizierte Mohr-Coulomb-Boden gewählt, um das Verhalten des untersuchten Bodenmaterials zu modellieren. Daher sind im zugehörigen Dialog Parameter wie z. B. die Kohäsionsfestigkeit (c), der Winkel der inneren Reibung (φ) und der Dilatanzwinkel (ψ) zuzuweisen (Bild 03).
Der Anwender wird von einer erweiterbaren Datenbank für die Bodenmaterialeigenschaften unterstützt. Um dies zu veranschaulichen, werden in diesem Beispiel weitere Bodenmaterialien über die Materialbibliothek definiert, wie in Bild 04 dargestellt.
Als nächstes sollten die Bodenproben definiert werden, indem die aus den Feldversuchen erhaltenen Informationen eingegeben werden (d. h. die Eigenschaften des Bodenprofils in verschiedenen Positionen). Die Bodenproben stehen in RFEM 6 als spezielle Objekte zur Verfügung.
Wie Bild 05 zeigt, können die Bodenschichten für die einzelnen Proben in einem übersichtlichen Dialog bzw. tabellarisch eingegeben werden. Da die Materialeigenschaften des Bodens bereits definiert wurden, können die Materialien direkt aus dem Dropdown-Menü ausgewählt und die zugehörige Dicke zugewiesen werden. Es ist aber auch möglich, bei der Definition der Schichten neue Materialien zu definieren.
Falls bei den Feldversuchen Grundwasser nachgewiesen wird, kann in diesem Dialog der Grundwasserstand zugeordnet werden (Bild 05). Des Weiteren können mehrere Nummern von Schichten und Bodenproben definiert werden, die zur Generierung des Bodens verwendet werden. Eine entsprechende grafische Darstellung unterstützt die Definition getrennter Muster und erleichtert die Kontrolle der Eingabe.
Für jede einzelne Probe sollten die zugehörigen Koordinaten der RFEM-Arbeitsebene angegeben werden, die der tatsächlichen Feldlage entsprechen, für die das Bodenprofil ermittelt wurde. Dies kann entweder im Dialog Bodenproben oder in den Tabellen erfolgen. Bei letzterem können alle Koordinaten aus einem Dokument (z. B. einer Excel-Datei) kopiert und einfach eingefügt werden. Die Bodenprofile werden dann wie in Bild 06 im Arbeitsfenster dargestellt.
Aus den Daten anhand von Bodenproben kann nun das Bodenmassiv angelegt werden, das als spezielles Objekt sowohl in den Daten des Navigators als auch in den Tabellen vorliegt. Konkret kann das Bodenmassiv aus zuvor definierten Bodenproben generiert werden, es kann aber auch als Bodenmasse erzeugt werden (d. h. die Bodenkörper werden manuell definiert und auf das Massiv angesetzt). In diesem Beispiel wird die erste Option verwendet.
Der Dialog Bodenmassiv ist in Bild 07 dargestellt. Um das Bodenmassiv aus Bodenproben zu generieren, sollten zunächst die zu untersuchenden Proben ausgewählt werden. Als nächstes erfolgt die Aufforderung, die Geometrie des Bodenmassivs durch die Zuweisung des Topologietyps, der Größe des Massivs und der Koordinaten seines Mittelpunkts zu definieren. Die Zuweisung der Tiefe erfolgt automatisch anhand der Bodenproben.
Bei Bedarf kann das Massiv um Z gedreht werden. Auch das Vorkommen von Grundwasser kann durch die Generierung einer Grundwasserspiegelfläche berücksichtigt werden. Wird diese Option im Dialog gewählt, wird das Grundwasser in der interaktiven grafischen Darstellung dargestellt.
Sobald das Bodenmassiv generiert ist, wird es grafisch im RFEM-Arbeitsfenster angezeigt. Wie in Bild 08 zu sehen ist, besteht das Massiv aus so vielen Bodenkörpern wie zuvor Schichten definiert wurden (in diesem Beispiel 4).
Die Flächen zwischen diesen Volumen sind über Spline-Funktionen definierte NURBS-Flächen, die über die Lage der Schichten in den Bodenproben angenähert werden. Wurde die Option zur Berücksichtigung des Grundwassers gewählt, steht in der grafischen Darstellung auch der Grundwasserspiegel zur Verfügung.
Zuletzt wurden die Lager der Randflächen über den Eintrag Flächentypen im Daten-Navigator generiert. In diesem Beispiel sind beispielsweise die vertikalen Begrenzungsflächen fest gelagert, während die horizontalen Begrenzungsflächen gleitend gelagert sind (Bild 09).
Schlussbemerkungen
Da die realitätsnahe Ermittlung der Baugrundverhältnisse die Qualität der Gebäudestatik maßgeblich beeinflusst, ist für die Ermittlung des zu untersuchenden Bodenkörpers in RFEM 6 das Add-On Geotechnische Analyse verfügbar. Dazu sollten Daten aus Feldversuchen zur Verfügung gestellt werden, da das Add-On zur Ermittlung der Bodenmassive die Kennwerte aus Bodenproben verwendet.
Daher sollten die Materialkennwerte zugeordnet und die Bodenprofile im Programm definiert werden. Für jede Bodenprobe werden die Material- und Dickenschichten der Bodenschichten, der Grundwasserstand (sofern vorhanden) und die Lage der Probe im RFEM-Arbeitsfenster (entspricht der tatsächlichen Feldlage, für die das Bodenprofil bestimmt wurde) festgelegt.
Aus allen eingegebenen Mustern wird dann der Baugrund mittels 3D-Volumenkörpern generiert und über die Koordinaten der Struktur zugeordnet.
