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Fulltext - ETH E-Collection

1. N 7 j Drainage Injektionsstollen H bohrungen 7 Druckstollen r z Umleitstollen Abdichtungs QO __50 100 m injektionen Abb 2 8 Abwicklung des Widerlagers einer Staumauer samt Hauptschnitt mit bautechnischen Massnah men und unterirdischen Hohlraumen LEvy s Erkenntnisse aus der Untersuchung des Mauerversagens in Bouzey Tab 4 1 bewirkten dass Drainagen zuerst in Gewichtsmauern dann darunter angeordnet wurden 2 28 Bei Bogenmauern kommen sie 1954 zum ersten Mal in Algerien nach Malpasset 1959 systematisch zum Einsatz 2 29 In der Schweiz haben 75 aller Mauern Drainagen 2 5 Sicherheitskonzept 17 drainagen ca mauerparallel verlaufender Schirm aus nebeneinander angeordneten Bohrun gen und r umliche Drainagen viele in Langs und Querrichtung angeordnete Bohrungen Drainagebohrungen werden in der Regel luftseits einer injizierten Zone abgeteuft damit das hydraulische Gef lle keine Erosion des anstehenden Materials bewirke Abb 2 8 2 4 4 Unterirdische Hohlr ume Im Bereich der Sperrstelle findet sich eine Vielzahl von Untertagebauwerken wie Stollen Sch chte und Kavernen Abb 2 8 Diese Neb
2. V QF ki Fee v Q F k 2dDi Ki Parallele Str mung k g 2a 2 12v K D lt 0 032 Nichtparallele Str mung k g 2a 2 12v 1 8 8 k D 5 k D gt 0 032 Gef llte Trennflachen k k Abb 6 1 Definition der Filtergeschwindigkeit v bei Durchstr mung a eines grobk rnigen Bodens vg und b einer Trennfl chenschar v7 6 35 Abk rzungen siehe auch Abbildung 6 3 Grundlage f r die Beschreibung der laminaren Str mung in einem por sen Medium womit Grundwasserstr mungen n einem Lockergestein modelliert werden k nnen 6 32 Versucht man dieses Gesetz an einem gekl fteten Festgestein anzuwenden so beh lt es nur f r die Durchstr mung der Matrix oder von sehr eng gekl ftetem Fels seine G ltigkeit Abb 6 2 Gekl ftetes Medium Bei aminarer Str mung er gibt sich unter der Annahme von hydraulisch glatten pa rallel zueinander verlaufen den Trennfl chenwandungen eine parabolische Verteilung der Fliessgeschwindigkeit m Spaltquerschnitt 6 36 Eine Denen Dre solche Str mung wird dabei als parallele Spaltstr mung Abb 6 2 Beobachtete Druckverteilung entlang eines Bohrlochs bezeichnet Die mittlere Ge in einem por sen und gekl fteten Medium Infolge N t des Fl chengef ges ndert der piezometrische Druck a a Pop von Ort zu Ort und der Wasserspiegel verlauft nicht nal zum hydraulischen Gradi so stetig wie in einem Boden S Str mungskraft enten v k i Abb 6 1b De
3. Abb 14 15 Einfluss des Eigengewichtes G Fall A sowie der Fundamentlast F Fall B auf den Sicher heitsfaktor und den Bewegungsmechanismus von Bruchk rper in Funktion des Reibungs winkels und der Kohasion SP TP Gleiten auf 1 2 Gleitflache n e Eigengewicht G Fundamentlast F In Abbildung 14 15 ist am Beispiel des potentiellen Bruchk rpers der Einfluss von auf die Gleitsicherheit f r zwei F lle bei unterschiedli chen Koh sionen dargestellt Ein Vergleich mit dem nat rlichen Zustand Fall A nur G l sst erkennen dass bei Aufbringen einer Fundamentlast Fall B G F viel h here Scherfestigkeitswerte zum Erreichen der gleichen Sicherheitsfaktoren vorhanden sein m s sen Die Belastung durch die Staumauer wirkt sich der Erwartung entsprechend un g nstig aus So gen gt f r ein Sicherheitsfaktor von 2 und c 200 kN m im Fall A ein Reibungswinkel von deutlich unter 15 10 w hrend im Fall B rund 45 erforder lich sind Bei 30 ist bei einer Sicherheit von 3 im Fall A eine Kohasion c 190 kN m im Fall B eine solche von 465 kN m notwendig Der Bruchmechanismus differiert indes Im Fall A gleitet der Bruchk rper nur ber die Schieferungsfl che ab Im Fall B hingegen bewirkt die n R chtung Luftseite geneigte Resultierende der Fundament last B positive Normalreaktionen in K siehe Abb 14 13 so dass hier ein Abgleiten auf 2 Ebenen stattfindet Die flachere Neigung der Kurven
4. Abb 14 12 Tiefstgelegene Schnittpunkte der Ausbisslinien aller kinematisch zul ssigen Bruchk rper der Form Schieferung in Rot K4 in Gelb Die Lage des Schnittpunktes ist beispielhaft an einem Bruch k rper dargestellt Die Abl sefl che K beim wasserseitigen Mauerfuss wurde als fix angenommen 222 14 Staumauer Valle di Lei Die Felsk rper wurden automatisch durch sukzessive Kombination aller vor gegebenen Trennfl chen und Schnitt mit dem digitalen Gel ndemodell bestimmt Der Abstand der rot eingef rbten Schiefe rungsfl chen betr gt 10 m jener der Kl fte der Schar 4 gelb 5 m F r die Darstellung sehr vieler Bruchk rper ist es bersichtlicher sich auf einzelne Punkte zu beschr nken In Abbildung 14 12 sind es die untersten Ausbisspunkte jedes Bruchk rpers Zonen mit einer hohen Punktdichte lassen auf potentiell kritische Felsbereiche schliessen Der Benutzer kann aber auch jeden Bruchk rper sepa rat betrachten Abb 14 12 13 Tabelle 14 2 verdeutlicht den Einfluss der Raumstellung einer Trennfl che auf die Bruchk rpergeometrie Entsprechend der vor Ort erhobenen Streubreite des Fall winkels von 70 bis 110 f r Ky Abb 14 4 wurden f nf Berechnungen mit konstantem Fallazimut und Einfugepunkt an der Gel ndeoberfl che von K4 sowie unver nderter Lage und Raumstellung von S und K durchgef hrt Die Variation des Fallwinkels von Ky betrug 10 In Bezug auf den Mittelwert der Raumstel lung vari
5. e Bei der Beschreibung vermuteter Mechanismen ist durchwegs von einem Gleiten die Rede wie z B n Bouzey FR 1884 Tigra IN 1917 oder Paco ma US 1971 Aus der vor handenen Information konnte nicht auf ein Kippen als ausl sender Mechanismus geschlos sen werden selbst wenn der Ausdruck Kippen Erw hnung fand In Austin US 1911 4 4 Stabilit tsuntersuchung 55 Bayless US 1911 und Khadakwasla IN 1961 trat zuerst Gleiten ein bevor das aus str mende Wasser die Mauerbl cke zum Kippen brachte e Die Wirkung des eingestauten Wassers m Felsfundament Auftrieb Einfluss auf Festig keit innere Erosion Langzeitverhalten etc wurde bei der Bemessung lange zu wenig be riicksichtigt Beispiele Der Auftrieb in Bouzey FR 1895 die innere Erosion in Lake Lanier US 1926 das Aufweichen des Konglomerats in St Francis US 1928 oder die Folgen des in den Gesteinsverband eindringenden Wassers in Malpasset FR 1959 e Die ausserordentlichen Einwirkungen Hochwasser und Erdbeben k nnen jederzeit ein Versagen verursachen wie die Beispiele von Tigra IN 1917 bei Ersteinstau Khadakwas la IN 1961 bzw 82 Jahre nach Fertigstellung inf Erosion der luftseitigen Felsoberfl che und Paco ma US 1971 bzw 42 Jahre nach Fertigstellung belegen e Der Scherfestigkeit vorhandener Fehlstellen im Fels kommt eine grosse Bedeutung zu Beispiele Austin US 1911 St Francis US 1928 Malpasset FR 1959 Zusammenfass
6. 75 of concrete dam failures were due to a foundation rock failure The present probability of concrete dam failure being 1 4x10 per dam year foundation failure is 10 per dam year 4 24 Das erste Lehrbuch war La M canique des Roches appliqu e aux Travaux Publics von TALOBRE 1957 4 25 1951 schlug JAEGER dem ICOLD vor ein Subkomitee f r Felsmechanik zu gr nden 1957 empfahl eine Expertengruppe die Bildung eines Komitees f r Untertagbau dessen Aufgabe es war die dringendsten Probleme mit Felsfundationen grosser Talsperren zu behandeln Dessen erste Sitzung fand 1958 am 6 ICOLD Kongress in New York statt 4 26 50 4 Tragwerk Zugeh rige Mechanismen sind exemplarisch in Abbildung 4 3 festgehalten Das Beispiel b stellt eine Mischform der beiden anderen dar Das besonders bei Schalentragwerken zu beach tende Szenario c mit einem lokal ung nstigen Verh ltnis der E Moduli von Beton und Fels wird vielfach als reines Gebrauchstauglichkeitsproblem aufgefasst obschon es eng mit der Problematik der Tragf higkeit verkn pft ist Die Begr ndung liegt darin dass nachgiebige Widerlager je nach Schlankheitskoeffizient eine Hauptursache f r die Rissbildung in Bogen mauern sind 4 30 In allen drei Beispielen muss indes der Nachweis einer ausreichenden Festigkeit erbracht werden weshalb wir uns fortan auf diesen kritischen Zustand konzentrie ren In b und c sind zus tzliche Untersuchungen ber die Auswirkungen eines verf
7. 7 15 7 16 7 17 7 18 7 19 7 20 7 21 7 22 7 23 7 24 7 25 7 26 7 27 7 28 7 29 7 30 7 31 7 32 7 33 7 34 7 35 Literaturverzeichnis DVWK 1996 Berechnungsverfahren fiir Gewichtsstaumauern Wechselwirkung zwischen Bau werk und Untergrund Merkblatt 242 zur Wasserwirtschaft Wirtschafts und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH Bonn GOODMAN R 1974 The mechanical properties of joints In Proc 3 Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 1 Denver KOVARI K TISA A 1974 H chstfestigkeit und Restfestigkeit von Gesteinen im Triaxialversuch Inst fiir Strassen und Untertagbau ETH Ziirich SCHNEIDER H J 1975 Reibungs und Verformungsverhalten von Trennfl chen in Fels Ver ffentli chung Inst f r Bodenmechanik und Felsmechanik Universit t Fridericiana Karlsruhe U S ARMY CORPS OF ENGINEERS 1996 Rock foundations Technical engineering and design guides as adapted from the U S Army Corps of Engineers No 16 ASCE New York KOVARI K TISA A 1995 Triaxial und Scherversuche mit kontinuierlichen Bruchzust nden Mit teilung 131 SGBF Fr hjahrstagung Bern HOEK E BRAY J W 1996 Rock slope engineering Rev 3 Edition Inst of Mining and Metallur gy London GOODMAN R E 1989 Introduction to rock mechanics 2 Edition J Wiley amp Sons New York HENCHER S R 1987 The implications of joints and structures for sl
8. JAEGER J C 1971 Friction of rocks and stability of rock slopes G otechnique 21 2 GOODMAN R E 2003 A hierarchy of rock slope failure modes Felsbau 21 2 CASINADER R 1980 Systematic weak seams in dam foundations In Symp on Problems and Prac tice of Dam Engineering Bangkok SORIANO A SANCHEZ F J 1998 Evaluation of safety against foundation failure of concrete dams In Dam Safety Ed Berga Balkema Rotterdam BOBET A 1999 Analytical solutions for toppling failure Int J Rock Mech Min Sci 36 AYDAN O KAWAMOTO T 1992 The stability of slopes and underground openings against flexural toppling and their stabilisation Rock Mech Rock Engng 25 3 Springer Wien GOODMAN R E BRAY J W 1976 Toppling of rock slopes In Proc of Specialty Conf of Geo techn Eng Div Rock Eng for Foundations and Slopes ASCE Boulder HOEK E BRAY J W 1996 Rock slope engineering Rev 3 Edition Inst of Mining and Metal lurgy London SAGASETA C 1986 On the modes of instability of a rigid block on an inclined plane Rock Mech Rock Engng 19 Springer Wien LONDE P TARDIEU B 1975 Practical rock foundation design for dams In Proc 1 6 Symp on Rock Mech Minneapolis KIEFFER D S 2003 Rotational instability of hard rock slopes Felsbau 21 2 CAVERS D S 1981 Simple methods to analyze buckling of rock slopes Rock Mech 14 Springer Wien FROLDI P LU
9. 3 52 WYLLIE D C 1999 Foundations on rock 2 Edition Spon London 3 53 WIDMANN R 1997 Zur Gr ndung von Staumauern Felsbau 15 1 4 Tragwerk 4 1 ICOLD 1988 Dam design criteria the philosophy of their selection Bulletin 61 Paris 4 2 DIN 19700 1986 Stauanlagen Gemeinsame Festlegungen Teil 10 Beuth Berlin 4 3 PROJEKTLEITUNG SWISSCODES 2003 Neue Begriffe in den Swisscodes In Swisscodes die neuen Tragwerksnormen des SIA Sonderheft von Tec 21 sia Z rich 4 4 VOLLENWEIDER U 1995 Standsicherheit von B schungen Anwendung des neuen Bemessungs konzeptes SIA D 0130 Neue Normen in der Geotechnik CEN und SIA Z rich 4 5 HOEK E RIPPERE K H STACEY P F 2000 Large scale slope designs a review of the state of the art In Slope Stability in Surface Mining Hustrulid McCarter amp Van Zyl Soc for Mining Metallurgy and Exploration Inc Colorado 4 6 GAUTSCHI M A 1995 Geologisch geotechnische Grundlagen fiir die neuen Normen 191 und 192 SIA D 0130 Neue Normen in der Geotechnik CEN und SIA Z rich 4 7 KOVARI K FRITZ P 1989 Re evaluation of the sliding stability of concrete structures on rock with emphasis on European experience Dept of the army US Corps of Engineers Washington DC 4 8 ICOLD 1974 Lessons from dam incidents Complete Edition Paris 4 9 DIN 19700 1986 Stauanlagen Teil 11 Beuth Berlin 4 10 LAN
10. Beispiele Eigenlast Sperren Bruchk rper etc Auflast Boden Sedimente etc Erddruck Boden Sedimente Sch ttgut Anker D bel zur Stabilisierung des Felsfundaments etc Ver nderliche Einwirkung W hrend eines Bezugszeitraums nicht st ndig vorhandene nicht konstante oder nicht monoton sich ndernde Einwirkung Beispiele Auflast Wasser Schnee Eis Verkehrslasten etc Str mungskraft vom Ober und Unterwasser Auftrieb Eisdruck Ausserordentliche Einwirkung Einwirkung mit geringer Eintretenswahrscheinlichkeit in der Regel von kurzer Dauer und betr chtlicher Wirkung meist Naturgefahren Beispiele Erdbeben i i Hochwasser Uberstau Uberstr men der Krone Anprall Projektil Flugzeug Wellenschlag Lawine etc Explosion Sabotage Krieg etc Der Begriff Last benennt hier ganz allgemein eine Kraft nicht nur eine durch die Erdbeschleunigung verursachte 80 6 Einwirkungen 6 1 Lasten Die gravitationsbedingte Kraft wird bei der Grenzgleichgewichtsmethode als Einzel Linien oder Fl chenkraft angesetzt Ihre Resultierende berechnet sich zu L m g V y m Masse g Erdbeschleunigung V Volumen y Raumgewicht Eigenlast Die Eigenlast bzw das Eigengewicht ist ausschliesslich durch die Masse des Tragwerks be dingt 6 2 S e ergibt s ch aus den Volumina des Sperren und Bruchk rpers sowie den zuge h rigen Raumgewichten Die Resultierende greift jeweils im K rperschwerp
11. Das Bestimmen der Scherparameter durch Nachrechnen einer vorhandenen Situation stellt ein zum Entwurf inverses Problem dar 7 7 Voraussetzung daf r ist ein potentieller oder effek tiver Bruchkorper in einer Felsboschung oder in einem Felsfundament dessen Kinematik und Einwirkungen bekannt und m glichst hnlich der gegebenen Situation sind Dies setzt bei einem effektiven Bruchk rper unter anderem folgende Kenntnisse voraus Angaben zur Lage und Form der Bruchfl che zu seinem Volumen zur Art des Bruchmechanismus sowie zu den Wasserverh ltnissen m Zeitpunkt des Versagens Die R ckrechnung der unbekannten Scher parameter am Massstab des Bruchk rpers erfolgt mit der Grenzgleichgewichtsmethode und der MOHR COULOMB schen Bruchhypothese F r einen Sicherheitsfaktor von 1 werden die Reibungswinkel g f r einen angenommenen Wertebereich der Koh sion c berechnet Nach Aufzeichnen des funktionalen Zusammenhangs stellt jeder Punkt der Kurve eine m gliche Kombination der Scherparameter f r den Zustand des Grenzgleichgewichts dar Ein solches Vorgehen ist unabdingbar wenn f r das massgebende Wertepaar neben dem Reibungswinkel auch eine Koh sion angesetzt werden soll In diesem Fall sollte man den Koh sionsanteil nur dann in Betracht ziehen wenn er von nachgerechneten instabilen Felsb schungen abgeleitet werden kann 7 53 Ein Vergleich mit Kennwerten aus anderen Sperrstellen mit hnlichem Korn und Fl chengef ge mag weitere Anhaltspunkte
12. J TE a L ao MA 50 a0 T A Ae a S b S Abb 13 10 Darstellung aufgenommener Trennfl chen in einem Poldiagramm fl chentreue Projektion untere Halbkugel a Rechte Talflanke b Linke Talflanke Die Br ckenachse ist eingezeichnet 13 4 Bruchk rperanalyse 203 kann ber 20 m Schichtfl chen Kluftscharen 1 und 2 oder nur 3 bis 10 m betragen Schar 3 Trotz einer ffnungsweite von 0 5 bis 2 5 mm ist in den Aufschl ssen keine F llung erkenn bar Lediglich in den Bohrkernen findet man Kalzit Ton oder ein Mischung davon 13 3 3 Felsoberfl che Anl sslich der Begehung und bei der sp teren Durchsicht fotographischer Aufnahmen konnten vor allem n der Felswand der linken Talflanke eine Reihe von Hinweisen auf fr here heute nicht mehr vorhandene Bruchk rper gefunden werden Ein besonders anschauliches Beispiel zeigt Abbildung 13 8 Der lange schmale be Abb 13 11 Kontaktfl che eines kleinen Felsk rpers in der linken Tal flanke dessen Gleitfl chen aus Trennfl chen der Kluftscharen 1 reits abgerutschte Bruchk rper ergab sich durch und 2 analog Abb 13 8 die Verschneiden von je einer Trennfl che der Abl sefl che oben aus einer Kluftscharen 1 rechts und 2 links mit der Schichtflache gebildet wird Felsoberfl che Seine Kontaktfl che deutet auf eine L nge von ca 25 m bei einer Breite von rund 3 5 m hin Die gleiche Bruchk rperform konnte an sieben weiteren Stellen erkannt wer den
13. Joule g cm s cm maximale Wirkung j nicht fuhlbar sehr schwach 2 10 001 _ 0 1 0 1 Il Kaum bemerkbar schwach 3 0 1 Ill schwach 10 je i IV deutlich leicht 4 V stark 10 a VI leichte Schaden mittel 2 aa VII Geb udesch den 1018 10 VIII schwere Geb udesch den stark 6 10 100 IX zerst rend 10 100 gt schwer 7 rf 4 X sehr zerst rend 100 XI verw stend gross 8 we XII vollst ndig verw stend Das Verfahren zur Entwicklung eines Nachweisbebens umfasst vier Schritte Charakterisie rung der Erdbebenquellen Definition der Abminderungsfunktionen Berechnung der seismi schen Gef hrdung und Formulierung des Nachweisbebens 6 10 Die seismische Gef hrdung beschreibt die Eintretenswahrscheinlichkeit einer erdbebenbedingten Bewegung des Unter grundes bestimmter St rke 6 17 Sie h ngt ab von der Erdbebenquelle dem bertragungs weg sowie dem Standort und ist mit einer mittleren Wiederkehrperiode verkn pft die sich nach dem Bauwerk richtet Karten zeigen d e Wahrscheinlichkeit f r das Auftreten einer Er sch tterung bestimmter Intensit t oder die erwartete Maximalbewegung des Untergrundes 6 10 F r das Nachweisbeben empfiehlt ICOLD die Verwendung des Operating Basis Earthquake und des Maximum Credible Earthquake 6 19 Sie unterscheiden sich wie folgt Das starke selten auftretende MCE dient als Grenzbelastung wobei Sch den akzeptiert wer den sofern sie nicht
14. KOVARI K FRITZ P 1989 Re evaluation of the sliding stability of concrete structures on rock with emphasis on European experience Dept of the army US Corps of Engineers Washington DC JENNINGS J E 1970 A mathematical theory for the calculation of the stability of slopes in open cast mines In Planning Open Pit Mines Johannesburg FECKER E REIK G 1987 Baugeologie Enke Stuttgart BLYTH F G H DE FREITAS M H 1984 A geology for engineers 7 Edition Arnold London SNGT 1991 Erdbeben und Talsperren in der Schweiz Bericht der Arbeitsgruppe fiir Erdbebenfra gen Baden MULLER L 1963 Der Felsbau Enke Stuttgart RISSLER P 1998 Talsperrenpraxis R Oldenbourg Verlag Miinchen JAFARI M K PELLET F BOULON M AMINI HOSSEINI K 2004 Experimental study of mechanical behaviour of rock joints under cyclic loading Rock Mech 37 1 Springer Wien HENCHER S R 1981 Friction parameters for the design of rock slopes to withstand earthquake loa ding Dams and Earthquake TTL London KOVARI K 1987 Rock foundations and slopes In Proc 6 Int Cong on Rock Mech vol III Theme IT Montr al HOEK E LONDE P 1974 Surface workings in rock In Proc 38 Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 3 Denver LONDE P 1975 Comment to Dr Kanji p 156 In Design Methods in Rock Mechanics 16th U S Symp on Rock Mech Minnesota ASCE New York 8 Sicherheitsdefini
15. max Die Be stimmung von m basiert auf einem iterativen Verfahren das zuerst m R setzt dann m f r jede Teilflache k der Kontaktfl che auf seine Zul ssigkeit hin berpr ft und anpasst 6 63 Wenn sich f r die drei Bedingungen eine zul ssige Richtung findet so handelt es sich um einen sog Keyblock 6 64 wobei die Bewegung noch immer durch den Widerstand in der Kontaktfl che verhindert werden kann Andernfalls verbleibt der Felsk rper n seinem Ver band keine Bewegung In Kenntnis der Bewegungsart und richtung lassen sich die Reaktionen in den Kontaktfla chen in einer Normal und einer Scherkraftkomponente zusammenfassen Der zugeh rige Scherwiderstand in den Gleitflachen bzw Zugwiderstand in den Abloseflachen wirkt der Be wegung entgegen W rde man nun den maximalen Scherwiderstand mit Hilfe einer Bruchbe dingung berechnen so waren alle Voraussetzungen fur die Bestimmung eines Masses fur die Sicherheit gegen Abgleiten geschaffen Im nachsten Kapitel wollen wir daher auf die in der Felsmechanik gangigen Bruchbedingungen eingehen Ein einfaches Lastmodell k nnte z B folgende mechanischen Einwirkungen beinhalten Im Schwerpunkt die Eigenlast und Ersatzlasten zur Ber cksichtigung der dynamischen Einwirkung von Erdbeben an der Felsoberfl che Auflasten Fundamentlasten den Sohlwasserdruck sowie vorgespannte Anker und an der Kontaktfl che Wasserdr cke All diese Kr fte lassen sich zu einer Gesamtresultierenden i
16. normal National Performance of Dams Programme ffnungsweite einer Trennfl che Operating Basis Earthquake Punkt Lage einer Trennfl che Solid aus der Berandung entstanden Piezodex Bohrung 1 2 3 Peru Probable Maximum Flood Portugal Paraguay Radius Raumstellung Widerstand Roller Compacted Concrete Regelungen f r die elektronische Bauabrechnung Rum nien Rock Quality Designation Russische F deration Solid Schieferung St rung Sektor des Untergrundes auf der Seeseite Schieferungsschar 1 2 St rungssystem A B C Schalenriss Schweizerische Gesellschaft f r Boden und Felsmechanik Gleiten auf 1 Gleitfl che Schweizerisches Talsperrenkomitee Teilgebiet eines Untersuchungsgebietes Triangulated Irregular Network Gleiten auf 2 Gleitflachen T rkei Taiwan Vereinigte Staaten von Amerika Versatz einer Trennfl che Verformbarkeit S dafrika Sambia Einige Symbole werden f r mehr als eine Variable verwendet da diese jedoch in verschiedenen Kontexten auf treten sollten keine Verwechslungen vorkommen Schreibweise Vorzeichenkonvention Abktirzungen und Symbole 235 A Lateinische Symbole a di a Fg F nee Fr Fy Fr FS QA QA Anteil Materialbr cken Halbe Spaltweite Vektor der Spitzenbeschleunigung Horizontalkomponente von a Vertikalkomponente von a Teilfl che der Bruchk rperoberfl che Schadensausmass Angriffspunkt 7 der Einzelkraft K Auf Felsoberfl che projizierter Angriff
17. resp erm glichen den Ausstieg Exit AutoBlock 10 16 AutoCAD 2000 EDUCATION VERSION Drawing1 dwq Ba File Edit Wiew Insert Format Tools Draw Dimension Express AutaBlack Modify Help e Tragwerk Digital Terrain Model Kinematical Conditions Untersuchung e Analyse Loading Conditions i strength e Berechnung Computation Export Back to Dialog oom to DTM Unterst tzung save View as Reset Preferences Help About AutoBlock Ausstieg Exit AutoBlack Abb 10 4 Erweiterung der normalen AutoCAD Meniileiste durch das Zusatzprogramm AutoBlock Die Dreiecke symbolisieren Untermen s unterstrichene Buchstaben Tastaturk rzel Die sechs Teilprogramme lassen sich zu den drei Gruppen Tragwerk Digital Terrain Mo del Bruchk rperanalyse Kinematical Loading Conditions Strength und berechnung Computation Export zusammenfassen Sie staffeln sich ber maximal drei Men ebe nen Abb 10 5 wovon vier Teilprogramme mindestens die zweite erreichen Mit Ausnahme der Teilprogramme Strength nur Eingabe resp Export Eingabe Berechnung bestehen alle brigen aus je einem Eingabe Berechnungs und Ausgabeteil Abb 10 6 In Computa tion werden die ersten Zwei unter dem Stichwort Calculation bzw Iteration zusammen gefasst Am Ende jedes Teilprogramms erscheint ein Dialogfeld bestehend aus einem Dialog fenster und mehreren vord
18. schwindet der Reibungswiderstand e Festigkeit Insgesamt f hrte man 3 einachsige Druckversuche 4 Triaxialversuche mit kon tinuierlichen Bruchzust nden und 6 direkte Scherversuche durch Sie bezweckten die Be stimmung der einachsigen Druckfestigkeit der triaxialen H chst und Restfestigkeitspa rameter sowie der Scherparameter der Gesteinsproben 14 11 14 12 F r die Absch t zung der Scherparameter wurden die unteren Werte der Restfestigkeiten der Triaxialversu che und jene der direkten Scherversuche verwendet 25 c 0 700 kN m 14 3 e Sicherheitsdefinition Deterministischer Globalsicherheitsfaktor Smax S e Untersuchungsmethode Grenzgleichgewichtsmethode mit analytischem Berechnungsmo dell nach KOVARI amp FRITZ 1975 14 13 Die geologischen und felsmechanischen Untersuchungen ergaben dass Gleitmechanismen rein kinematisch nur im linken Widerlager m glich sind Drei relevante potentielle Bruchk r per konnten identifiziert werden deren Form primar durch die Schieferung und eine Kluft schar gegeben ist Abb 14 5 Anhand einer Sensitivitatsanalyse verschiedener Faktoren z B Scherfestigkeit entlang der Gleitfl chen Drainagewirkung Fundamentlasten wurde der Nachweis erbracht dass ausreichend grosse Sicherheitsreserven vorhanden sind Diese Er kenntnis wird durch zwei augenf llige Fakten gest tzt Zum einen wenn man die beobachtete Erstreckung der Trennfl chen n Relation zu den m Modell ange
19. sevier Amsterdam WYLLIE D C 1999 Foundations on rock 2 Edition Spon London ROCHA M 1974 Gegenw rtige M glichkeiten der Untersuchung von Betonstaumauergr ndungen In Proc 3 Congr of ISRM vol 1 Part A Denver ROMERO S U 1966 Application of the plastic equilibrium equations of stratified media to dam foundations Safety factor concept In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa WOLFF T F 1996 Probabilistic slope stability in theory and practice In Proc of Uncertainty Geotechn Special Publication No 58 Vol I Uncertainty in the geologic environment from theory to praxis ASCE Boulder BONALDI P RUGGERI G FANELLI M GIUSEPPETTI G MAZA G 1993 Considerations about dam safety In Int Workshop on Dam Safety Evaluation Vol 3 Grindelwald LOMBARDI G LAFITTE R MERKI R VISCHER D 1992 Expertenbericht tiber das System der Sicherheitstiberwachung der schweizerischen Talsperren im Auftrag der Verwaltungskontrolle des Bundesrates Bern 9 Untersuchungsmethode 9 1 9 2 9 3 9 4 VON GUNTEN H 1961 Modelle als Hilfsmittel f r die Bemessung von Bauwerken Schw Bauzei tung 79 20 Z rich LIN D FAIRHURST C 1988 Application of animated graphics in the analysis of large scale blocky rock system around excavations In Key Questions in Rock Mechanics Proc 29 Symp on Rock Mech THOMAS H 1976 The engineering of large dams J Wile
20. 11 2 11 3 11 4 11 5 11 6 11 7 11 8 11 9 11 10 11 11 11 12 11 13 KOVARI K PETER G 1983 Continuous strain monitoring in the rock foundation of a large gravity dam Rock Mech Rock Engng 16 3 Springer Wien KOVARI K ARN TH GMUNDER CH 1989 Groundwater flow through fissured rock field investi gations and interpretation in the Albigna dam area Graubiinden Switzerland Nagra Technical Report 90 10 November 89 Baden BERGAMIN ST KOVARI K 1998 Staumauer Albigna Beschreibung des Untergrundes Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht BERGAMIN ST KOVARI K 1998 Staumauer Albigna Modell des Untergrundes Inst f r Geotech nik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht ARN TH 1989 Numerische Erfassung der Str mungsvorg nge im gekl fteten Fels Diss Inst f r Bauplanung und Baubetrieb Fels und Untertagebau Mitteilung 1 89 ETH Z rich BERGAMIN ST KOVARI K 1997 Gleitmikrometer und Piezodexmessungen im Felsuntergrund der Staumauer Albigna Wasser Energie Luft 89 7 8 Baden KOVARI K AMSTAD CH 1983 Fundamentals of deformation measurements In Int Symp on Field Measurements in Geomechanics September 5 8 Zurich KOVARI K KOPPEL K 1987 Head distribution monitoring with the sliding piezometer system Piezodex Field Measurements in Geomechanic
21. 12 2 Grundlagen Die in Abbildung 2 3 unten deutlich erkennbaren Trennfl chen gelten als Hauptmerkmal von Fels Sie schw chen als nat rliche Fehlstellen das Festgestein und beeinflussen entscheidend sein felsmechanisch hydraulisches Verhalten Ihre mehr oder weniger regelm ssige Anord nung kann eine Richtungsabhangigkeit bestimmter Eigenschaften bewirken Sie muss von Fall zu Fall in Bezug auf die Bauwerksabmessungen gepr ft werden 2 12 2 4 Bauwerk 2 4 1 Sperrenk rper Ein Sperrenk rper st ein k nstlicher Wall aus Sch ttmaterial Mauerwerk oder Beton bzw einer Kombination davon Je nach Bauweise unterscheidet man Staud mme und mauern Staud mme Staud mme bestehen aus Lockergestein Erdd mme oder gebrochenem Festgestein Stein d mme und werden meist in der Sch ttbauweise errichtetet Wie in Abbildung 2 4 illustriert k nnen sie einen homogenen oder inhomogenen Aufbau aufweisen Im ersten Fall ist das Dammaterial St tzk rper und Dichtung zugleich im zweiten werden die beiden Funktionen auseinandergehalten Hier besteht der durchl ssige St tzk rper aus einem scherfesten Ma terial mit dichter Aussenhaut oder einem Dichtungskern aus Lehm Asphalt Beton u a 2 3 Die dem Wasserdruck durch ihre Eigenlast widerstehenden Staud mme haben aufgrund der flachen B schungen ein stattliches Sch ttvolumen Im Querschnitt resultiert dadurch eine Sohlenbreite die im Vergleich zur Sperrenh he wesentlich gr sser ist ca
22. 1974 Dams dam foundations and reservoir sites In Developements in Geotech nical Engineering Elsevier Amsterdam 3 18 SCHUSTER R L 2000 Dams built on pre existing landslides In Conf Proc GeoEng 2000 vol 1 Melbourne 3 19 FASCHING A 2001 Improvement of acquisition methods for geotechnical data TU Graz Inst fiir Felsmechanik und Tunnelbau Heft 12b Graz 3 20 GAICH A POETSCH M FASCHING A SCHUBERT W 2004 Measurement of rock mass parameters based on 3D imaging In Proc X Ciclo di Conf di Meccanica e ingegneria delle rocce La ca ratterizazione degli ammassi rocciosi nella progettazione geotecnica Ed Barla Patron Turin 3 21 TERZAGHI K 1962 Dam foundation on sheeted granite G otechnique 12 3 22 PITEAU D R 1973 Characterizing and extrapolating rock joint properties in engineering practice Rock Mechanics Suppl 2 Springer Wien 3 23 PACHER F 1959 Kennziffern des Fl chengef ges Geol und Bauwesen 24 3 24 MULLER L 1963 Der Felsbau Enke Stuttgart 3 25 REUTER F KLENGEL K J PASEK J 1992 Ingenieurgeologie Deutscher Verlag f r Grundstoffin dustrie 3 Auflage Leipzig 3 26 MARTIN D HUBER ALEFFI A 1984 Das Kristallin des S dschwarzwaldes Nagra Technical Re port 84 30 Baden 3 27 ISRM 1978 Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr
23. 7 26 Solange das Fullmaterial keine vollst ndige Trennung ber namhafte Fl chen bewirkt liegt die Scher festigkeit zwischen derjenigen der ungef llten Trennfl che und jener der F llung Verhin dert die Dicke der Zwischenschicht einen direkten Festgesteinskontakt so bestimmt die F llung allein die Scherparameter cr und or kein Massstabseffekt 7 40 Das F llmate rial kann aus Verwitterungsprodukten Abrieb Gesteinstr mmern stark verformtem Ge stein auskristallisierten Mineralien oder Injektionsmittel bestehen Sein Scherwiderstand ist eng mit der Herkunft verkn pft Chlorit Talk Graphit etc lassen niedrige auskristall sierte Minerale oder Injektionsmittel hohe Werte wegen echter Kohasion erwarten Bei Trennfl chen ohne Versatz wird der Widerstand der H chstfestigkeit entsprechen bei sol 7 3 Scherparameter 111 chen mit Versatz ist wegen der bereits stattgefundenen Bewegung die Restfestigkeit einzu setzen Im einen Fall ist der Grad der berkonsolidation des bindigen F llmaterials von Belang im anderen wegen der hnlichen Restfestigkeit nicht 7 41 Im Laufe der Zeit kann mit steigendem Porenwasserdruck ein Aufweichen oder Quellen auftreten wodurch die Festigkeit sinkt Bei ebenen glatten Fl chen mit Rutschharnischen tritt der Bruch auch in der Kontaktzone von F llung und Trennfl chenoberfl che ein Generell legt die Vielfalt von Einflussgr ssen eine vorsichtige Wahl der Scherparameter nahe Rauhigkeit De
24. Damit andert sich der scheinbare Fallwinkel der potentiellen Gleitrichtung um den richtungsbezogenen Winkel i fur die Flankenneigung der Unregelm ssigkeiten Abb 5 15 7 35 Mit wachsender Nor malspannung bestimmt die Gesteinsfestigkeit wann bei weiterer Scherverschiebung auch die gr sseren Unregelm ssigkeiten abgetragen werden Bei vollkommen ebenen Trennfl chen oder solchen ohne weitere Dilatanz bestimmt der Restreibungswinkel die minimale Scherfestigkeit 7 39 Den Einfluss der Ebenheit richtig abzuschatzen fallt schwer zumal selbst Feldversuche keine realistische Absch tzung dieser Einflussgrosse erlauben Im Zweifelsfall sollte man sie vernachl ssigen e Versatz Bei einer gegenl ufigen Bewegung der Trennfl chenr nder kann die H chstfes tigkeit berschritten worden sein so dass nurmehr die Restfestigkeit vorliegt e ffnungsweite Je kleiner die lichte Weite und je besser die Verzahnung desto h her ist die H chstfestigkeit Ob die ffnungsweite 1 mm oder weniger betr gt spielt keine Rolle ausser die Trennfl che ist eben und sehr glatt Selbst feinste ffnungen erm glichen den Zutritt von Wasser und beeinflussen damit d e effektiven Spannungen 7 39 E n Spalt setzt einer Verschiebung parallel zur Trennfl chenebene keinen Widerstand entgegen e F llung Die wichtigsten Einflussgr ssen sind die M chtigkeit die Art und Scherfestigkeit des Fullmaterials sowie die Oberfl chenbeschaffenheit der Trennfl che
25. Den erw hnten Bruchk rperformen wurde je eine maximale Gr s se zugewiesen Im Gegensatz zu den potentiellen Bruchk rpern bei denen Trennfl chen s chtbar als Aus bisslinien die Begrenzungsfl chen bilden kann die Form und Gr sse labiler Bl cke nur an hand ihrer freiliegenden Oberfl che abgesch tzt werden Blockteile unter Vegetation und Lo ckergestein entziehen sich der Beobachtung was eine Formbezeichnung oder Volumenbe stimmung verunm glicht Die Beschreibung der Form beschr nkt sich daher auf anschauliche Begriffe wie kubisch kugelf rmig plattig w hrend man die sichtbare und damit minimale Gr sse entsprechend den oben erw hnten Kategorien abstuft 12 4 2 Versagensmechanismen Unter Ber cksichtigung all dieser Umst nde ergeben sich f r die potentiellen Bruchk rper die ersten vier der in Tabelle 12 1 aufgef hrten Versagensmechanismen Bei den labilen Bl cken spielt zus tzlich die Untergrundbeschaffenheit und Ausgestaltung der Kontaktfl che eine wichtige Rolle So s nd Ph no mene hnlich einem Grund bueh denkbar w hrend Ab Tab 12 1 Beobachtete oder denkbare Versagensmechanismen Vorkommen Kombinationen Mechanismus Beschretung_ _ vorkommen Kombinationen aT 2 F zum ee ttern einer d nner Felsk rper l st sich v a in leicht verschiedener Mechanismen berh ngenden Partien vom Untergrund sind m glich Bei der Analyse Abl sen Felsk rper l st sich in berh ngenden Partien des
26. Desweitern existieren Belege f r das Vorkommen tetraederf rmiger Felsk rper deren Gleitfl chen links und rechts mit Trennfl chen der Kluftscharen 1 und 2 die Abl sefl chen oben mit flach einfallenden Schichtfl chen zusammenfallen Abb 13 11 Es f llt auf dass bei der Kluftschar 2 je nach Lage der Trennfl chen in Bezug auf die Felsoberfl che sowohl der eine wie der andere Halbraum zur Abgrenzung des Bruchk rpers in Frage kommt 13 4 Bruchk rperanalyse Die eigentliche Zielsetzung der felsmechanischen Untersuchungen besteht in der Aufdeckung potentieller Bruchk rper m Bereich der Aufstandsfl chen der neuen Br cke Um dies zu er reichen sollen vorerst berlegungen zur Kinematik dann zu den Bruchmechanismen get tigt werden In einem dritten Schritt folgen statische Berechnungen wobei man die erforderlichen Scherfestigkeitsparameter durch R ckrechnung einzugrenzen sucht Die Ausf hrungen beschr nken sich auf die inke Talflanke da deren Stabilit t von Anfang an als kritischer beurteilt wurde Eine systematische Kombination aller Trennfl chen in der rech ten Talflanke ergab dass eine Bruchk rperbildung durch Verschneidung der Schichtfl chen mit den Kluftscharen 2 resp 3 kinematisch zwar m glich aufgrund der flachen Neigung der gemeinsamen Schnittgeraden lt 18 aber wenig wahrscheinlich ist 13 4 1 Form und Gr sse Die Trennfl chen der linken Talflanke lassen sich gem ss Abbildung 13 10 in drei Scharen unt
27. In den Kapiteln 12 b s 14 llustrieren drei Beispiele aus der Praxis einige Gesichtspunkte der skizzierten Vorgehensweise Sie zeigen auf wie sich mit dem Programm verschiedene Hypo thesen in kurzer Zeit pr fen lassen Besonders eindr cklich sind die neuartigen M glichkeiten zur Visualisierung potentieller Bruchk rper Es ist absehbar dass solch aussagekr ftige Bil der in Zukunft zu einem wichtigen Hilfsmittel in der Verst ndigung zwischen den Projektbe teiligten werden d rften Damit lassen sich nicht nur dem Fachmann sondern auch Dritten wichtige Entscheidungsgrundlagen auf optisch ansprechende Weise vor Augen f hren 156 10 AutoBlock Lu m O lt lt oc oc Lu lt i E lt nein g nein Bruchk rpergeometrie ja ndern N Z O F m Z O O l lt O nein lt lt Lu nein zZ x ja Lastgr ssen ja l 5 ndern zz N Z O Einwirkungen bestimmen gt O O Z le nein Q i O nein mr oe ja Festigkeits ja gr ssen ndern mm r Oo LU oc V Sicherheits faktor Kraftrichtung ndern Zusatzkraft Was soll berech Sicherheitsfaktor net werden Pr gt A Zusatzkraft iterieren Sicherheitsfaktor berechnen 2 O nein A ja Sensitivit tsanalyse erforderlich Abb 10 15 Flussdiagramm von AutoBlock der Export von Daten kan
28. Kenntnisstand ber den anstehenden Fels Ein besonderes Augenmerk galt dem mechanisch hydraulischen Verhalten zweier aktiver Kl fte die sich als Folge von Seespiegelschwan kungen ffnen und schliessen und so die Wasserwegigkeit nachhaltig beeinflussen Die Vielfalt der im Laufe der verschiedenen Untersuchungen erworbenen Kenntnisse veran lassten 1995 das Ingenieurb ro f r bauliche Anlagen der Stadt Z rich eine Studie mit dop pelter Zielsetzung n Auftrag zu geben Erstens d e Felsfundation auf der Grundlage vor handener Information hinsichtlich der f r die Stabilit t und S ckerstr mungsverh ltnisse we sentlichen Eigenschaften zu erfassen sowie zweitens ein bersichtliches Modell des Unter srundes zu erarbeiten Bei der Umsetzung wurden alle Beobachtungen samt Referenz Quellen im Bericht Beschreibung des Untergrundes 11 3 zusammengestellt wodurch eine ber pr fung empirischer Tatbest nde und Folgerungen m glich ist Die Wahl vereinfachender Annahmen bei der Modellierung erfolgte im Bericht Modell des Untergrundes 11 4 11 2 Untersuchungsgebiet 11 2 1 Sperrstelle Die Topographie an der Sperrstelle 2100 m M zwischen dem Piz Balzet und der Spazza caldaira wird durch einen markanten 600 m langen Felsriegel beherrscht Dieser f llt luftseitig steil in eine Schlucht seeseitig in das breite ca 120 m tiefe mit Alluvionen gef llte Albigna becken Abb 2 2 Die Felsoberfl che der Talstufe is
29. Sedimentgestein Metamorphes Gestein Kenndaten H he L nge 15 166 m Fertigstellung 1892 Versagen 1900 gt f nf Betriebsjahre Ph nomen Abgleiten des 1 2 m tief in den Fels eingebundenen Mauerfundamentes nahe der Gr ndungs fl che Das Versagen betraf vornehmlich den westlichen Teil der Staumauer Das 23 m lange 11 m hohe Mauerende blieb stehen der benachbarte Abschnitt wurde 30 m in Richtung Luftseite verschoben und kippte nach Westen gedreht auf die luftseitige Fl che In seiner Gr ndungs fl che waren Anzeichen einer horizontalen Trennfl che sichtbar Der stliche Teil der Mauer ver sagte ebenfalls Ein 60 m langer Abschnitt wurde als zusammenh ngender Block 1 5 bis 4 6 m in Richtung Luftseite verschoben ohne Rotation um Horizontalachse Der Sandstein im Felsfun dament war horizontal geschichtet Dicke 0 3 1 m mit Zwischenlagen aus Lockergestein und Schiefer Die Flutwelle hatte den Tod von ca 80 Personen zur Folge Bayless US Matrix Beton Metamorphes Gestein Kenndaten H he L nge 16 166 m Fertigstellung 1909 Versagen 1911 lt f nf Betriebsjahre Ph nomen 1910 bildete sich bei Vollstau luftseits des linken Widerlagers ein instabiler Felsk rper In der Folge traten 5 15 m ab Mauerfuss grosse Wassermengen aus Der linke Mauerteil verschob sich in Richtung Luftseite Mauerkrone 79 cm fuss 46 cm 1911 f llte man das Staubecken erneut ohne zwischenzeitlich eine Sanierung vorgenommen
30. The rock slide in the Vajont valley Rock Mech and Eng Geol vol II 3 4 Springer Wien TALOBRE J A 1967 La m canique des roches Deuxi me dition Dunod Paris JOHNSON F A ILLES P 1976 A classification of dam failures Water Power amp Dam Construction December 1976 MULLER SALZBURG L 1992 Der Felsbau Zweiter Band Teil A Gr ndungen Wasserkraftanlagen 1 Abschnitt Enke Stuttgart VOGEL A 1998 Risk classification of dams in relation to a failure cause specific break mechanism In Dam Safety Ed Berga A A Balkema Rotterdam SHARMA R P SASAKI B T 1985 Rehabilitation of earthquake shaken Pacoima arch dam In Question 59 Report 16 ICOLD 15 Congr Florenz HATZOR Y H GOODMAN R E 1997 Three dimensional back analysis of saturated rock slopes in discontinuous rock a case study G otechnique 47 4 BEYELER P HAUENSTEIN W LIER P OTTO B 1997 Performance as an indicator of the safety of dams with special reference to the wide spanned arch dam Sta Maria In Hydropower 97 Eds Broch Lysne Flatabo amp Helland Hansen A A Balkema Rotterdam BUDWEG F M G 1997 Incidents and failures of dams In Question 75 General Report ICOLD 18 Congr Florenz MARTIN D O 1974 Understanding and treatment of dam foundations In ICOLD Lessons from Dam Incidents Paris TERZAGHI K JELINEK R 1954 Bodenmechanik Springer Berlin BACHMANN H 1970
31. Winkel der inneren Reibung 238 Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole Dp basic friction angle Or Winkel der inneren Reibung der F llung PG Winkel der inneren Reibung des Gesteins Par Restreibungswinkel des Gesteins Dy Winkel der inneren Reibung der Teilfl che k der Bruchk rperoberfl che P Winkel der inneren Reibung in der Gef geebenen von anisotropem Gestein Or Winkel der inneren Reibung der Trennfl che Orr Restreibungswinkel der Trennfl che Ws Streichrichtung einer Trennfl che Literaturverzeichnis 1 Einleitung 1 1 ICOLD 1987 Dam safety guidelines Bulletin 59 Paris 1 2 LONDE P 1965 Une m thode d analyse a trois dimensions de la stabilit d une rive rocheuse Anna les des Ponts et Chauss es No 1 Paris 1 3 BIEDERMANN R 1986 Zur Hochwassersicherheit von Talsperren Wasser Energie Luft 78 7 8 Baden 1 4 ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris 1 5 BIEDERMANN R 1985 Dam safety in Switzerland Swiss Dams Monitoring and Maintenance Swiss National Comittee on Large Dams Bern 1 6 CUNDALL P 1971 A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems In Symp of the Int Soc for Rock Mech Nancy 1 7 KIRKALDIE L 1988 Rock classification systems for engineering purposes American Society Tes ting Materials STP 984 Philadelphia 1 8 BIENIAWSKI Z T 1989 Engineering rock mass cla
32. che die durch Verwitterung nahe der Felsoberfl che entsteht und deshalb eine gr ssere Erstreckung und Offnungsweite aufweist Temperatur nderungen verursachen z B plattenartige Abl sungen Die F llung besteht oft aus Verwitterungsprodukten Kl fte treten einzeln oder geh uft auf Eine Gruppe von ebenen ungef hr parallel angeordne ten Kl ften nennt man Kluftschar Ein Kluftsystem liegt vor wenn genetisch zusammengeh rige jedoch verschieden streichende oder fallende Kluftscharen zusammengefasst werden Stehen sie in einer erkennbaren Symmetriebeziehung zueinander so handelt es sich um kon jugierte Kluftscharen 3 3 Ebene und parallele Kl fte einer Schar bezeichnet man als syste matisch die andern als nicht systematisch Letztere enden vornehmlich in systematischen Kl ften anderen Trennfl chen oder im Gestein Vielfach ist eine Kluftschar dominant d h sie erstreckt sich weiter und oder weist eine gr ssere Kluftdichte auf als andere Scharen Da solche gut ausgebildeten Kl fte h ufig von nur einer einzigen anderen Kluftschar begleitet werden bezeichnet man sie auch als prim re die weniger ausgebildeten als sekund re Kl fte 3 35 Oftmals gebraucht man die gleichen Begriffe auch f r Kl fte des Prim r oder Sekun d rgef ges Die an ihren Enden z T gegabelten Kl fte treten h ufig in engen Zonen auf Beispiel siehe Abb 4 2 Ihre r umliche Ausdehnung h ngt einerseits von der Gesteinsart andererseits von der
33. chstfestigkeit S S O O C C J Cc Cc 5 5 O O V v lt lt 01 03a a gt Axialdehnung amp Seitendruck o Abb 7 2 Charakteristische Resultate von Triaxialversuchen an Gesteinsproben mit a jeweils konstantem Seitendruck 03 03 O3 1m Spannungs Dehnungsdiagramm und b f r o3 1m Hauptspan nungsdiagramm 7 8 Zu Beginn des Versuchs wird der Pr fk rper einem hydrostatischen Span nungszustand o o unterworfen Bei 0 erfolgt der Bruch duktil bei 0 a spr de 102 7 Festigkeit Die im Labor gemessene Hochstfestigkeit ist selbst bei ungest rten Proben aus vielen Gr n den nicht immer repr sentativ f r den Wert im Feld Pr fk rperform gr sse orientierung Versuchseinrichtung dauer geschwindigkeit etc Die Resultate von Triaxialversuchen an Trennfl chen sind nur dann verwendbar wenn eine Probenhalfte frei gleiten kann und nicht von Reibungskraften an den Enden beeinflusst wird 7 7 Weitere Nachteile liegen in den kurzen Verschiebungsbeitr gen der nicht exakten Messung der ffnungsweite w hrend des Gleitens sowie in der nderung von Kontaktfl che und Normalspannung 7 9 Untersuchun gen zum Einfluss des Porenwasserdrucks bieten keine technischen Schwierigkeiten Alle Ver suchstypen konsolidiert drainiert konsolidiert undrainiert und unkonsolidiert undrainiert sind m glich Dies ist hilfreich f r Versuche an Trennfl chen mit feinkorniger F llung 7 10 Nach dem Konzept des Triax
34. dass die Matrix ein isotropes me chanisch hydraulisches Verhalten zeigen sowie hohe Festigkeitswerte eine geringe Ver formbarkeit und eine sehr geringe Durchl ssigkeit aufweisen d rfte 11 5 Modell des Untergrundes 171 Bl cke 2 7 Teilmodell a 8 12 13 15 16 19 20 24 25 29 30 42 0 50 100 m Abb 11 14 Abgrenzung der sieben Teilmodelle des Untergrundes in der Situation und seeseitigen Ansicht Das Fl chengef ge mit seiner Vielfalt an Trennfl chen legte be der Idealisierung eine Kon zentration auf die wichtigsten nahe So fanden z B die St rungszone liegt zu weit weg und die E Kl fte selten zu geringe Erstreckung keinen Eingang in das Modell Die felsmecha nisch hydraulisch belangvollen Hauptst rungen St rungen und akt ven Kl fte wurden sepa rat miteinbezogen w hrend man die h ufig vorkommenden Kl fte der Systeme A D r um lich zusammenfasste und in zwei Kategorien unterteilte wenige viele Die Beschaffenheit der eingef hrten Trennfl chen l sst qualitativ folgendes Verhalten erwar ten Die Eigenschaften der den Felsk rper auf grosse Distanz durchtrennenden Hauptst run gen und St rungen werden massgeblich von der cm bis dm m chtigen F llung aus Kakirit be stimmt Ihre Scherfestigkeit d rfte klein die Durchl ssigkeit sehr klein sein Die k rzeren Kl fte sind rauh wenig ge ffnet und weisen keine relevante F llung auf Ihre Scherfestigkeit ist vermutlich gross die Durc
35. grund urspr nglich als Kontinuum in neueren Zeiten auch als Diskontinuum vereinfacht Durch die rasante Entwicklung leistungsf higer kosteng nstiger Hard und Software haben die anschaulichen aber aufwendigen physikalischen Modelle ihren einstigen Stellenwert ver loren Sie werden heute nur noch selten f r solche Untersuchungen benutzt Bei den theoretischen Diskontinuumsmodellen stehen zwei verschiedene im Vordergrund Das ltere stammt von LONDE 1965 1 2 und beruht auf Starrk rpermodellen die ur spr nglich in der Bodenmechanik entwickelt wurden und noch heute dort wie auch in der Felsmechanik routinem ssig angewendet werden LONDE s dreidimensionales Berechnungs modell erlaubt auf einfache und bersichtliche Weise die Absch tzung der Stabilit t eines potentiellen Bruchk rpers f r den Zustand des Grenzgleichgewichtes 1971 stellte CUNDALL 1 6 ein zweidimensionales Computerprogramm vor das heute auch f r dreidimensionale Berechnungen zur Verf gung steht Es geht von der Annahme aus das Felsgef ge bestehe aus einer grossen Anzahl verformbarer Bl cke Deren Begrenzungsfla chen werden von Trennfl chen gebildet die im Programm samt den jeweiligen Eigenschaften einzugeben sind Mit Hilfe der Newton schen Bewegungsgleichung kann darauf die Lage jedes einzelnen Blocks f r beliebig fein unterteilte Zeitschritte bestimmt werden Man ist damit n der Lage eine Last auf den Felsuntergrund aufzubringen und dort einen m glichen
36. ihrer Eigenschaften nicht den berblick zu verlie ren sind vereinfachende Betrachtungen notwendig So wird z B angenommen jede Trennfl che einer Schar sei eben und weise eine mittlere scharspezifi sche Raumstellung sowie eine unbegrenzte Kontinu t t auf Abb 12 9 Legt man durch den Mittel punkt einer aus Fels bestehenden Einheitskugel eine Trennfl che pro Schar so lassen sich durch syste matisches Kombinieren alle denkbaren Bruchk r Abb 12 9 Darstellung der wichtigsten performen finden 12 2 Auf eine Untersuchung Trennfl chenscharen mit von Felsk rpern mit mehr als vier Trennfl chen AutoBlock Kugel Fels r rzich il nirgen Ich komplex S1 2 Schieferungsarten ie ee a ee 3 1 2 K1 2 Kluftscharen 1 2 aufgebaute beobachtet wurden Kinematisch m gli 12 8 182 12 Bristenstrasse che Bruchk rper fanden getrennt in nicht beobachtete und beobachtete Formen Ein gang in eine Zusammenstellung pro Abschnitt Bez glich der Gr sse potentieller Bruchk rper wurde folgende Einteilung vorgenommen 12 9 Steinfall V lt 0 5 m Blocksturz 0 5 lt V lt 10 m Felssturz 10 lt V lt 10 000 m Bergsturz V gt 10 000 m blicherweise wird vom K rpervolumen V vor dem Versagen ausgegangen wobei die Bezeichnung das potentielle Ereignis versinnbildlicht Das Volumen nach dem Niedersturz das infolge der Beanspruchung vom urspr nglichen abweicht ist von untergeordnetem Interesse
37. lt man aus dem Eigengewicht sowie den Beschleunigungswerten in horizontaler und vertikaler Richtung Beide Kr fte werden im je weiligen K rperschwerpunkt dargestellt Die aktiven ortsabh ngigen Kraftvektoren der Ein zellasten werden einzeln auf hre Zugeh rigkeit zu einem ausgesuchten Bruchk rper gepr ft gespeichert zu einer Resultierenden zusammengefasst und ebenfalls im K rperschwerpunkt dargestellt Die Wasserkraft pro Teil der Kontaktfl che wird im Schwerpunkt dargestellt und errechnet sich aus den Einzelfl chen und mittleren Fl chenkr ften die zugeh rige Resultie rende wird getrennt gespeichert Zuletzt bestimmt das Programm f r jeden potentiellen Bruchk rper d e Gesamtresultierende aus Eigengewicht Erdbebenbelastung und den Resul tierenden der Einzel und Wasserkr fte Alle eingef hrten und berechneten Kr fte werden separat auf verschiedenen Layers abgelegt und k nnen n beliebiger Kombination am jeweili gen Bruchk rper samt Attributen visuell kontrolliert werden Richtung und Betrag der Ge samtresultierenden lassen s ch f r jeden ausgew hlten potentiellen Bruchk rper anzeigen wobei der Benutzer in der Lage ist Gruppen bestimmter Bruchk rper auszuw hlen 10 2 4 Entwicklungsgeschichte Die Arbeiten begannen mit der Suche nach geeigneten Programmen f r die Berechnung digi taler Gel ndemodelle Zwei Kriterien standen dabei im Vordergrund Als Hilfsmittel sollten sie einerseits ein Add on von AutoCAD darstelle
38. n einer breit angelegten Betrachtung aller wichtigen Zusammenh nge M ngel in der geologischen Aufnahme m Identifizieren drohender Gefahren an notwendigen Versuchen oder an grund legenden berlegungen die das Ganze im Auge haben k nnen selbst mit noch so eleganten Methoden oder enormen Rechenaufwand nicht beseitigt werden F r das Gelingen der Aufga be ist deshalb ein ganzheitliches ingenieurm ssiges Denken und Handeln unerl sslich Dies kann gelegentlich m hsamer sein als akribische Detailarbeit R sum Un barrage et ses fondations constituent une unit Suivant ce principe tabli chaque analyse de la stabilit d un barrage en projet ou d j construit se base sur une appr ciation minutieuse de la roche existante A la diff rence d un corps en b ton la roche est un mat riau naturel qui comporte diverses discontinuit s entre autres les strates les joints et les failles De telles d fectuosit s qu elles soient isol es ou situ es sur une large bande diminuent la stabilit de la roche et peuvent causer la formation de blocs de rupture des qu on y place une charge ou qu on la d place En admettant que le mouvement de glissement d un tel volume rocheux soit cin matiquement possible la stabilit de la construction sera alors critique et n cessitera plu sieurs clarifications Diff rentes v rifications de la Commission Internationale des Grands Barrages CIGB d montrent que la rupture dans la r gion des f
39. punktgebundener Kraftvektor K f r dessen Beschreibung folgende Angaben notwendig sind Seine Bezeichnung die Lage des Angriffspunkts A sein Wirkungsbereich die Richtung Fallrichtung winkel und der Betrag Der optional in Kraftrichtung auf die Felsoberfl che projizierbare Angriffspunkt A wird dort zu A Abb 10 11 Die physikalische Wirkung der Einzelkr fte l sst sich wie folgt festlegen Im Hinblick auf die nachfolgenden Programmteile kann der Benutzer eine Auswahl von zul ssigen Bruchk rpern treffen 10 2 Beschreibung 153 Ay an O wi zZ wer Beschr nkte Felsoberfl che a Wirkung Unbeschr nkte Wirkung A Kontaktfl che 1 A e 9 A Wirkungs i ye bereich Ad A4 A44 Q Kontaktfl che 2 a Einzelkraft mit Einzelkraft mit lt Wirkungsbereich Wirkungsl nge AAS 2 AAS y Lage des Angriffpunktes Farblegende A Aussenpunkt liegt ausserhalb des Felsuntergrundes Zwei Innenpunkte A A A Innenpunkt liegt auf Felsoberflache des Bruchk rpers unzul ssige Einzelkrafit Zwei Aussenpunkte A Innenpunkt liegt innerhalb des Bruchk rpers unzul ssige Einzelkraft A A Innenpunkt liegt auf Kontaktflache des Bruchk rpers jeaininnensunden A Aussenpunkt liegt im Felsuntergrund Aussenpunkt zul ssige Einzelkraft A Punkt liegt am gleichen Ort wie A g Abb 10 13 Schematische Darstel
40. und dem Raumgewicht y 27 kN m bestimmt Anschliessend setzte man in beiden Kon taktfl chen einen mittleren Wasserdruck u von 4 kN m 5 5 kN m und 7 kN m an F r ei nen Sicherheitsfaktor von wurde die notwendige Koh sion c f r verschiedene Reibungs winkel berechnet und der funktionale Zusammenhang in Abbildung 13 15 dargestellt Jeder Punkt dieser Kurve stellt eine m gliche Kombination der Scherfestigkeitsparameter c und x in der Kontaktfl che f r den Zustand des Grenzgleichgewichts dar Bis zu einem Wasser druck von 4 kN m verschiebt der Bruchk rper entlang der Schnittgeraden dann entlang der Kluftschar 2 Bei einem Wasserdruck von ber 7 kN m verschwindet der Einfluss der Rei bung Untersuchung zweier potentieller Bruchk rper im Bereich des Br cken auflagers Die rechnerische Untersuchung der bei den potentiellen Bruchk rper A und B geht von 35 und c 7 2 kN m f r beide Kluftscharen aus Das Wertepaar entspricht dem in Abbildung 13 15 ein gezeichneten Punkt der im trockenen Fall f r den angenommenen Reibungs winkel eine obere Grenze f r die Koh s on darstellt Er handelt sich insofern um eine vern nftige Annahme als e c 0 f r sehr grosse Kontaktfl chen schon geringe Materialbriicken erge ben eine solche Koh sion angesichts der grossen Fl che e 1 0 wegen der steilen Hangmor phologie st mit Wasserdr cken zu rechnen e Wegen Kippen k nnte ein Z
41. wurden Speziell in weniger spektakul ren F llen werden bekanntlich Informationen aus ju ristischen Gr nden oder aus Sorge um das Ansehen der Verantwortlichen geheimgehalten Zum andern s nd die ffentlich zug nglichen Berichte l ckenhaft wenig schl ssig und teils auch widerspr chlich Dies ist vor allem durch die h ufig ungen gende Dokumentation der schwer fassbaren Ereignisse bedingt die sich selten auf eine einzelne Ursache zur ckf hren lassen Als Konsequenz ergibt sich eine uneinheitliche Gedankentiefe sowie nachweisbare Fehler in den aufgef hrten Beispielen 4 14 4 15 4 16 Ebenso bleibt unklar ob es sich bei den Falldarstellungen nicht um Hypothesen der berichtenden Fachleute handelt 4 17 4 18 Allen Vorbehalten zum Trotz finden s ch n den Schilderungen der Fachliteratur einige be merkenswerte Hinweise zum Versagen von Staumauern 4 8 4 15 4 16 4 17 4 19 4 20 e Mauerart 77 aller F lle traten bei Staud mmen 7 bei Gewichts 11 bei Pfeiler und 5 bei Bogenmauern auf Weltweit waren 1 2 aller Staud mme bzw 0 7 aller Staumauern betroffen 0 3 der Gewichts 2 6 der Pfeiler 0 7 der Bogenmauern e Mauerh he Kleinere Staumauern von 15 30 m H he versagten h ufiger Es ist zu ver muten dass die Sorgfalt bei Projektierung Bau und berwachung mit der H he zunimmt Zudem gibt es mehr kleine als grosse Staumauern e Zeitpunkt J ngere Staumauern versagten h ufiger Instabilit ten
42. 1 dann 2 resp 3 Hinweise auf den theoretisch m glichen Fall einer zeitgleichen Bildung von parallelen Bruchfl chen sind nicht auffindbar Solche w ren im Rahmen dieser Arbeit auch nicht zul ssig da es sich faktisch um innere Bruchfl chen des dritten Bruchk rpers handeln w rde 74 5 Kinematik werden sei dies nun inkre mentell entlang vorgegebener Linien oder anhand r umlich Fl angeordneter Gitterpunkte a Beliebige Kombinationen sind zul ssig solange die Form konstant bleibt Pig Bei einem solchen Vorgehen b gilt stillschweigend die An nahme dass potentielle Bruchk rper n jeder Gr sse d h von unendlich gross bis unendlich klein auftreten c k nnten 5 9 Die Festlegung von Grenzwerten bzw das Abb 5 17 Dokumentierte progressive Bruchk rperbildung die de obde Stabilitu jeweils an einer Stelle ihren Anfang nahm 5 6 Im Fall c wandelte sich die drei in eine zweiteilige suchung an einem bestimmten Kontaktfl che vgl Abb 5 12 Bruchk rpervolumen noch zweckdienlich se st tzt s ch auf unsichere Annahmen Dies muss n nachfolgenden S cherheits berlegungen be r cksichtigt werden 5 2 2 Einflussfaktoren Mauerform Jede Mauerart weist eine typische Gr ndungsfl che auf Sie gibt unter Einbezug von Lage Verteilung und Beschaffenheit der Blockfugen Hinweise auf die zul ssigen oberen und unte ren Volumina der potentiellen Bruchk rper Zwei F lle sind zu unter
43. 107 TAS Nichtline res Bruchktiternum sau senken end 108 Ve SCH LDA E ee nes ee ee 109 ToS A Eimflusstaktoren san sense keinerlei T TE 109 1 32 Pestlesung zu uee E O 114 73 RUCE IDUNE seen O 115 Sicherheitsdefinition osooseoseoosoosesssossossossossesssoosossesssossossessesosossesssossossessssssosses 117 8 1 Unsicherheiten va essentiell 117 8 2 Determini ische Sicherheitsdetinton an Ei 118 8 21 Nachweisk nzepl en N es en a a ede 118 Bie Watakteristischer Wert es DEN INES 120 8 2 3 Globalsicherheitsfaktoren 00000404eeneneeneneenennnnnnenenenenennenenennnnnnnnnnenennnenennenenennnnnnnenenennnenannn 120 8 22 Teilsicherheitslaktore m ee sen see 122 So Brobabilistische Sicherheilsdefinition ressis erien na E T A 123 84 CMS TEL V LAL SALVA VS ee rer 126 Untersuchunssmeth00e sau hair 127 9 1 Physikalische Model ee ee see Rs SER 128 92 Berechn nssmodelle yasni er Ra eek 131 ODM De oMa Me NOIE area em en 131 9 22 Grenz leic hew chis methode use irn 134 23 BeO ee aa nette essen O 137 AUIOBIOCKn 22 esse ea 141 OE ZGEundlasen ass in e ee CRONE Re OTERO RD ORE RATER EER eT 141 19 1 1 DS italics Gelindemodel susanne 141 11 12 13 Inhaltsverzeichnis Vil IOL SOL Modelne m ansehe lem 143 10 27 Be CNPC bung ae ee em een E T 144 IKB ee Erregern 144 10 2 2 D tenhandhabune u a a I aneiaiccaeidaeu nee eee 148 LOD 3 Besonderheiten za ee E er Me ar ht 149 102 2 Entwieklunssee
44. 15 3 28 FECKER E REIK G 1987 Baugeologie Enke Stuttgart 3 29 HOEK E KAISER P K BAWDEN W F 1995 Support of underground excavations in hard rock A A Balkema Rotterdam 3 30 WITTKE W 1984 Felsmechanik Grundlagen f r wirtschaftliches Bauen im Fels Springer Berlin 3 31 WHITTEN D G A BROOKS J R V 1972 The Penguin dictionary of geology Penguin Books Eng land 3 32 GOODMAN R E 1993 Engineering geology rock in engineering construction J Wiley amp Sons New York 3 33 BLYTH F G H DE FREITAS M H 1984 A geology for engineers 7 Edition Arnold London 242 Literaturverzeichnis 3 34 LABHART T 1986 Geologie Einf hrung in die Erdwissenschaften 5 Auflage Hallwag Bern 3 35 PRICE N J 1966 Fault and joint development in brittle and semi brittle rock Pergamon Press Oxford 3 36 HEITZMANN P 1985 Kakirite Kataklasite Mylonite Zur Nomenklatur der Metamorphite mit Verformungsgef gen Eclogae geol Helv vol 78 2 Basel 3 37 DEERE D 1976 Dams on rock foundations some design questions In Proc of Specialty Conf of Geotechn Eng Div Rock Eng for Foundations and Slopes ASCE Boulder 3 38 DEERE D 1981 Engineering geology for concrete dam foundations In Recent Developments in Geomechanical Engineering for Hydro Projects Ed Kulhawry New York 3 39 CASINADER R 1980 Systematic weak seams in dam f
45. 1979 Estimating joint roughness coefficients Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 16 PITEAU D R PECKOVER F L 1978 Engineering of rock slopes In Landslides Analysis and Control Special Report 176 Transportation Research Board National Acad of Sciences 7 36 7 37 7 38 7 39 7 40 7 41 7 42 7 43 7 44 7 45 7 46 7 47 7 48 7 49 7 50 7 51 7 52 7 53 7 54 Literaturverzeichnis 249 REUTER F KLENGEL K J PASEK J 1992 Ingenieurgeologie Deutscher Verlag f r Grundstoffin dustrie 3 Auflage Leipzig DEERE D 1981 Engineering geology for concrete dam foundations In Recent Developments in Geomechanical Engineering for Hydro Projects Ed Kulhawry New York MULLER L 1963 Der Felsbau Enke Stuttgart ISRM 1978 Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 15 HOWING K D KUTTER H K 1985 Mechanisches Verhalten gef llter Gesteinstrennflachen in Ab hangigkeit von der Zusammensetzung des Zwischenmittels Geotechnik Sonderheft Gliickauf Es sen BARTON N 1974 A review of the shear strength of filled discontinuities in rock Publ Nr 105 Norwegian Geotechnical Institute Oslo WEISSBACH G 1979 Die Ver nderlichkeit des Restscherwiderstandes von Gesteinstrennfl chen Bochumer geologische und geotechnische Arbeiten Heft 1 Bochum
46. 2 2 Das eigentliche Bauwerk besteht aus den Elementen Sperrenk rper Gr ndungs Sperrenk rper fl che bautechnisch verbessertem Be nn Gr ndungsfl che reich und allenfalls vorhandenen unterir dischen Hohlr umen Seine Umgebung umfasst das Staubecken mit dem direk ten Einzugsgebiet den Bereich der Ne benanlagen inklusive Zug ngen den BEER Bautechnische Massnahmen D Topographie i Auslauf der Entlastungsorgane sowie e Boden 5 A Fels den Flussbereich unterhalb der Anlage SERERE UW Vorfluter 2 7 Zeitlich unterscheidet man drei Phasen Den urspriinglichen i Zustand den Bauzustand Vorberei Umgebung ee Untergrund tungsarbeiten Aushub Untergrundarbei ten Erstellung Sperrenbauwerk Erstein Saak stau Abnahme und den Betriebszustand Inbetriebnahme Betrieb w hrend der Abb 2 2 R umliche Gliederung der Sperrstelle geplanten Nutzungsdauer Ausserbe triebsetzung Bereich der Talflanken auf den sich das Sperrenbauwerk st tzt Topographie und Untergrund sind nur ausschlag gebend sofern im Bereich des Staubeckens eine gen gende Dichtigkeit und Standsicherheit der Talflanken gegeben ist 2 3 Sperrstelle 1 2 3 1 Topographie Unter Topographie versteht man die Beschreibung und Darstellung einer geographischen Ort lichkeit Aufgenommen werden die Form Relief sowie die nat rlichen und k nstlichen Be deckungen eines Teilgebietes der Erdoberfl che Gew sser Vegetation
47. 2003 Geotechnik Norm 267 SIA Z rich SCHNEIDER H 2004 Grundlagen und Bemessungskonzepte SJA D 0197 Geotechnik Bemes sungsbeispiele zur Norm SIA 267 Z rich 250 8 12 8 13 8 14 8 15 8 16 8 17 8 18 8 19 8 20 8 21 8 22 8 23 8 24 8 25 8 26 8 27 8 28 8 29 8 30 8 31 8 32 8 33 8 34 8 35 8 36 8 37 Literaturverzeichnis ICOLD 1988 Dam design criteria the philosophy of their selection Bulletin 61 Paris MEYERHOF G 1995 Development of geotechnical limit state design Can Geotech J vol 32 ALONSO E CAROL I DELAHAYE C GENS A PRAT P 1996 Evaluation of safety factors in discontinuous rock Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 33 5 BISHOP A W 1955 The use of the slip circle in the stability analysis of slopes G otechnique 5 1 TAYLOR D W 1948 Fundamentals of soil mechanics J Wiley amp Sons New York NICHOLSON G A 1983 Design of gravity dams on rock foundations Sliding stability assessment by limit equilibrium and selection of shear strength parameters Technical report GL 83 13 U S Army Corps of Engineers Vicksburg KOVARI K FRITZ P 1976 Ein Beitrag zum Problem der Standsicherheit von Felsb schungen Jn 2 Nationale Tagung tiber Felsmechanik Aachen BURMISTER D M 1946 Factor of safety in stability analysis Civil Engineering 16 7 HOEK E BRAY J
48. 246 6 8 6 9 6 10 6 11 6 12 6 13 6 14 6 15 6 16 6 17 6 18 6 19 6 20 6 21 6 22 6 23 6 24 6 25 6 26 6 27 6 28 6 29 6 30 6 31 6 32 6 33 6 34 6 35 6 36 6 37 6 38 Literaturverzeichnis NATIONALE ALARMZENTRALE 2004 Einsatzkonzept fiir den Fall eines Erdbebens in der Schweiz Grundlagen Bundesamt f r Bevolkerungsschutz BABS Konzeption und Koordination Z rich STUDER J ZIEGLER A 1983 Grundlagen zur Berechnung von Bemessungserdbeben Mitteilungen des Inst f r Grundbau und Bodenmechanik Nr 122 Z rich SNGT 1991 Erdbeben und Talsperren in der Schweiz Bericht der Arbeitsgruppe f r Erdbebenfra gen Baden WIELAND M 1978 Erdbebenbedingte dynamische Beanspruchung einer Gewichtsmauer mit Be r cksichtigung der Interaktion des Stausees Diss 6197 ETH Z rich NATIONAL RESEARCH COUNCIL COMMITTEE ON THE SAFETY OF EXISTING DAMS 1983 Safety of existing dams evaluation and improvement National Academy Press Washington D C KOLEKOVA Y FLESCH R LENHARDT W 1996 Erdbebensicherheit im Grundbau Erfahrungsbe richte Felsbau 14 5 BIEDERMANN R 1986 Stauanlagen und Erdbeben Die Aufgaben der Uberwachungsorgane des Bundes Wasser Energie Luft 78 10 Baden HUBER B LINSBAUER H 1996 Erdbebensch den an Talsperren selektive Beurteilung Felsbau 14 5 BUDWEG F M G 1997 Incident
49. 352 Volimenmodel nes else ee 219 143 3 DB auwerkskompet zes cs E ee es ee er 220 144 Bruchk per nase RR nee au Dee 221 IE 2 Fon Und Grosse asien a 221 124 2 Bruchmechane men ae T T 223 144 3 Berce INUN C eek ee 223 E EAT ana een A A A E E E E 224 145 SCR USO e GUL EYL nee E E nrUrme en ete ene nn er te tee 227 13 Nazi wer A A O E E 229 Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole sssi 233 itera mr yerzeic INS u een einsame 239 Bedeu ee ee 257 Zusammenfassung Eine Staumauer und ihr Felsfundament bilden eine Einheit Ausgehend von diesem allgemein anerkannten Grundsatz beruht jede Stabilit tsuntersuchung geplanter oder bestehender Stau mauern auf einer sorgf ltigen Beurteilung des anstehenden Felsens Anders als beim Sperren bauwerk handelt es sich beim Fels um ein nat rliches Material das von Trennfl chen Schichtfl chen Kl ften St rungen etc durchzogen ist Solche lokal oder grossr umig auf tretenden Fehlstellen schw chen das Festgestein und k nnen unter Belastung bzw Belas tungs nderung die Bildung von sogenannten Bruchk rpern hervorrufen Ist eine Gleitbewe gung solcher Felsk rper kinematisch m glich so liegt eine f r die Stabilit t des Tragwerks kritische Situation vor die weiterer Abkl rungen bedarf Dies belegen auch Untersuchungen der International Commission on Large Dams die einen Bruch im Fundationsbereich als wichtigste Ursache f r das Versagen von Betonmauern bezei
50. 6 2 Die mechanischen Einwirkungen lassen sich nach ihrer zeitlichen Ver nderung Tab 6 1 rtlichen Verteilung ortsfest frei und dynamischen Wirkung statisch dynamisch untertei len Im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschr nken wir uns auf Lasten die das Tragwerk statisch beanspruchen Dynamische Lasten wie Wellenschlag Schwingungen bei berstr mung des Sperrenk rpers Erdbeben etc werden nur als statische Ersatzkr fte ber cksichtigt Andernfalls m ssten weitergehende den Rahmen der Arbeit sprengende berlegungen ange stellt werden Eine solche Einschr nkung ist insofern gerechtfertigt als jede berpr fung der dynamischen Stabilit t einen Nachweis f r die statische Stabilit t voraussetzt Eine Pr fung der kinematischen Bedingungen erfordert Annahmen zu den Belastungsgr ssen resp der Lage Richtung und des Betrags der angreifenden Kr fte Diese resultieren 1m We sentlichen aus der Erdbeschleunigung dem eingestauten Wasser den klimatischen Bedingun gen und aus Erdbeben F r d e Untersuchung der Stabilit t st es naheliegend nur jene Belas tungsgr ssen zu vertiefen welche f r d e Beurteilung des Tragverm gens von Bedeutung sind Andere werden nur kurz gestreift Tab 6 1 Einwirkungen gegliedert nach ihrer zeitlichen Abh ngigkeit 6 1 6 3 6 4 Te a St ndige Einwirkung W hrend eines Bezugzeitraums ann hernd konstante oder monoton sich n dernde und einem Grenzwert zustrebende Einwirkung
51. 6 60 LONDE P 1990 Arch dams and Europe Jn Dams in Europe and USSR Ed Cotillon Bartle amp Veltrop ICOLD Water Power amp Dam Construction 6 61 MULLER SALZBURG L 1995 Der Felsbau Zweiter Band Teil B Felsbau ber Tage 2 Teil Was serkraftanlagen 2 Abschnitt Enke Stuttgart 6 62 WARBURTON P M 1981 Vector stability analysis of an arbitrary polyhedral rock block with any number of free faces Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 18 6 63 GOODMAN R E SHI G 1985 Block theory and its application to rock engineering Prentice Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 7 Festigkeit 7 1 ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris 7 2 THOMAS H 1976 The engineering of large dams J Wiley amp Sons New York 7 3 NICHOLSON G A 1983 In situ and laboratory shear devices for rock a comparison Technical re port GL 83 14 U S Army Corps of Engineers Vicksburg 7 4 DEERE D U HENDRON A J PATTON F C CORDING E J 1966 Design of surface and near surface construction in rock In Failure and Breakage of Rock Proc 8 Symp on Rock Mech Minnesota Amer Inst of Min Eng New York 7 5 DEERE D 1976 Dams on rock foundations some design questions In Proc of Specialty Conf of Geotechn Eng Div Rock Eng for Foundations and Slopes ASCE Boulder 248 7 6 7 7 7 8 7 9 7 10 7 11 7 12 7 13 7 14
52. A A Balkema Rotterdam PRATER E G 1999 Computational methods in soil stability analysis an overview In Festschrift zum 60 Geburtstag von Dr Edoardo Anderheggen IBK Publikation SP 007 ETH Ziirich DUNCAN J M 1996 State of the art limit equilibrium and finite element analysis of slopes J Geo tech Engrg ASCE 122 7 252 9 34 9 35 9 36 9 37 9 38 9 39 9 40 9 41 9 42 9 43 9 44 9 45 9 46 9 47 9 48 9 49 9 50 9 51 9 52 9 53 9 54 9 55 9 56 9 57 9 58 Literaturverzeichnis KOVARI K FRITZ P 1976 Stabilit tsberechnung ebener und r umlicher Felsb schungen Rock Mech 8 2 Springer Wien GUSSMANN P 1982 Kinematical elements for soil and rocks In Proc Int Conf Num Meth In Geomech Edmonton ZAKI A CURRAN J H 1999 Application of the generalized wedge method to rock slope stability In Rock Mechanics for Industry Ed Amadei Kranz Scott amp Smeallie A A Balkema Rotter dam WITTKE W 1964 Ein rechnerischer Weg zur Ermittlung der Standsicherheit von B schungen im Fels mit durchgehenden ebenen Absonderungsfl chen Felsmechanik und Ingenieurgeologie Suppl I WITTKE W 1965 Verfahren zur Berechnung der Standsicherheit belasteter und unbelasteter Fels b schungen Felsmechanik und Ingenieurgeologie Suppl II WITTKE W 1965 Verfahren zur Standsicherheitsberechnung st
53. ASCE New York 9 66 MEISSNER H 1991 Empfehlungen des Arbeitskreises Numerik in der Geotechnik der Deutschen Gesellschaft f r Erd und Grundbau e V Geotechnik 14 1 Gl ckauf Essen 9 67 ALONSO E CAROL I DELAHAYE C GENS A PRAT P 1996 Evaluation of safety factors in discontinuous rock Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 33 5 9 68 BAZZI G GRABER CH 1994 Computerunterst tzte Berechnungen im Grundbau Mitteilung 129 SGBF Fr hjahrstagung Z rich 9 69 LONDE P 1973 Analysis of the stability of rock slopes Q Jl Engng Geol Vol 6 9 70 ICOLD 1988 Dam design criteria the philosophy of their selection Bulletin 61 Paris 9 71 FRITZ P BERGAMIN ST 2003 Computerprogramm AutoBlock zur Stabilit tsanalyse von Felsb schungen und Felsfundationen aufgrund eines digitalen Gel ndemodells Mitteilung 146 SGBF Fr hjahrstagung Z rich 9 72 FRITZ P BERGAMIN ST 2004 Rock slope analysis based on digital terrain model In Proc 3 Asian Rock Mechanics Symposium vol I Kyoto Millpress Rotterdam 10 AutoBlock 10 1 BERGAMIN ST KOVARI K FRITZ P 1999 CAD Programm AutoBlock Konzept und Pflichten heft Inst f r Geotechnik Professur fiir Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht 10 2 BERGAMIN ST 2001 CAD Programm AutoBlock Testprozedere Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffent
54. Abl sefl che eines Bruchk rpers aufgrund der hydraulisch viel gr sseren Durchl s sigkeit mit Wasser gef llt sei und sich der Wasserdruck bis zur Gleitfl che hydrostatisch aufbaue In der Gleitflache selbst mit der viel geringeren Durchl ssigkeit nehme er bis zum Ausbisspunkt wieder linear ab Abb 12 23 a b Allfallige Drainagebohrungen beeinflus sen je nach Anordnung die Druckverteilung In einem zweiten Szenarium wurde ange nommen dass die Ausbisslinie vollst ndig undurchl ssig sei z B infolge Vereisung und dass sich der Wasserdruck hydrostatisch ber d e Abl se und die Gleitfl che aufbaue Abb 12 23 c d Eine weitere Unbekannte lag in der Wasserdruckverteilung in Horizon Zugefroren Ausbisslinie Abb 12 23 Vier Beispiele f r angenommene Wasserdruckverteilungen 12 18 a Vollst ndig drainiert Bohrungen vom Isench li bzw von der Strasse aus b Teilweise drainiert Bohrungen nur bei mit linearem Druckabbau entlang der Gleitfl che c Teilweise drainiert wie bei b aber mit vollst ndig zugefrorener Ausbisslinie d Undrainiert bei vollst ndig zugefrorener Ausbisslinie 12 4 Felsk rperanalyse 193 talr chtung d h senkrecht zu den Schnitten von Abbildung 12 23 Im Sinne einer N he rung sch tzte man zun chst die dreidimensionale Druckverteilung ab und bestimmte da raus einen mittleren Wasserdruck u pro Abl se und Gleitfl che Diese konstanten Was serdr cke pro Trennfl che wurden dann i
55. As early as 1850 DELOCRE in France conducted the first arch dam analysis and RESAL in 1922 invented the concept of active arches In 1922 STUCKY proposed the arch wall method which became the basis of the Trial Load Method developed in the United States in 1935 for the Hoover dam Today s arch dam designers use either the finite element method or the shell theory first suggested by PIGEAUD in 1922 6 61 6 6 Fundamentlast 97 mente in den Schnittpunkten die gleiche Durchbiegung aufweisen m ssen lassen sich die auf Bogen und Konsolen entfallenden Kr fte ermitteln Die Nachgiebigkeit des Felsfundamentes wird insofern ber cksichtigt als unterschiedliche E Moduli f r den gekl fteten Fels mit ei ner linear elastischen Beziehung zwischen Kraft und Verformung n die Berechnung einge hen Bei Annahme einer an der Seeseite klaffenden Fuge n der Aufstandsfl che rechnet man mit einem erh hten Sohlwasserdruck wobei die Risstiefe iterativ bestimmt wird Damit ergibt sich ein anderes Kraftespiel zwischen Sperren und Gr ndungsk rper die Talflanken werden starker belastet Die unter diesen Voraussetzungen ermittelten Fundamentlasten werden so dann f r eine abschnittsweise Untersuchung des Felsfundamentes zur Verf gung gestellt Abb 6 8 Vergleiche zwischen Berechnungsresultaten und Verformungsmessungen im Un tergrund zeigen dass all diese modellm ssigen Vereinfachungen durchaus vern nftig sind Sehr haufig treten a
56. Bruch schrittweise nachzuvollziehen Das Berechnungsmodell von LONDE und jenes von CUNDALL unterscheiden sich n drei we sentlichen Punkten LONDE geht f r den Grenzgleichgewichtszustand von einem Gleitk rper aus dessen Geometrie Lastgr ssen und Reaktionen auf wenigen wesentlichen anschaulich nachvollziehbaren Annahmen beruhen Diese Vereinfachung zur Wahrung der bersichtlich keit st angesichts der oft ungen genden Ausgangsdaten mit den jeweils beachtlichen Band breiten auch heute noch durchaus gerechtfertigt CUNDALL s Programm hingegen basiert auf einer Vielzahl von Annahmen die in Wirklichkeit schwierig zu bestimmen bzw zu berpr fen sind Zudem liegt in der Annahme der progressive Bruchvorgang k nne mit Hilfe des Com puters korrekt simuliert werden ein Widerspruch zu der bereits in der Einleitung hingewiese nen Schwierigkeit die Oberfl cheneigenschaften s mtlicher Bruchk rper korrekt zu erfassen 4 1 Einleitung CUNDALL s Modell ist f r besondere klar abgegrenzte Problembereiche in Kombination mit vertieften felsmechanischen Felduntersuchungen begr ndet Die Ergebnisse solch rechneri scher Untersuchungen k nnen zudem das Verst ndnis f r die Ausbildung m glicher Versa gensmechanismen f rdern Mit der Grenzgleichgewichtsmethode lassen sich die wesentlichsten Parameter bei einem Sta bilitatsproblem m helos identifizieren und die Auswirkungen kleiner Abweichungen auf das mechanische Verhalten s chtbar machen
57. Daneben bietet es sich auch als Archiv f r die Aufnahme k nftiger Beobachtungen und Erkenntnisse an Das Modell beh lt solange seine G ltigkeit bis es durch den zunehmenden Kenntnisstand berholt wird Wie ein solches Modell f r den Felsuntergrund einer Staumauer aussehen kann wird n Kapitel 11 5 dargelegt e Experimentelle und Theoretische Modelle Als zus tzliche Abstraktion der Realit t erlauben sie die quantitative Untersuchung spezifischer Fragestellungen wie sie sich im Laufe vertiefender Studien f r die einzelnen Gef hrdungsbilder ergeben Solche Modelle gelangen beispielsweise zur Anwendung wenn man das Kr ftespiel m Felsuntergrund die Wechselwirkung zwischen Staumauer und Untergrund oder Beobachtungen und Messre sultate interpretieren will Je nach Art des Modells sind weitere Idealisierungen zur Il s agit en effet de completer le modele geologique du site par un modele g otechnique precisant la r partition des caract ristiques utiles au constructeur 2 46 To avoid the shortcomings associated with present practice requires first of all expert translation of the findings of the geologist into physical and mechanical terms Next it requires the evaluation of the most unfavourable mechanical possibilities which would be expected under the existing geologic conditions and finally to assume for the design of the structure the most unfavourable possibilities These mental operations represent by far the most imp
58. Die angewandte Methodik gr ndet auf den felsmechanischen Eigenschaften der Trennfl chen Im Wissen um deren Bedeutung suchte man ihre Beschaffenheit durch Angabe der in Kapitel 3 1 erl uterten Aspekte zu beschreiben Topographie Fl chengef ge und bisheriges Verhal ten der Mauerbl cke legten die in Abbildung 11 10 skizzierte Gliederung mit einer Untertei lung n Luftseite Gr ndungsfl che und Seeseite nahe Danach wurde jeder Bereich hinsicht lich Topographie Korn und Fl chengef ge sowie instabiler Felsk rper untersucht Die Konkretisierung m Gel nde erfolgte durch den Geologen Zuerst wurden die Felsoberfl chen n allen Fugenhohlr umen aufgenommen das luftseitige Gel nde und die Stollen begut achtet Trennfl chen mit hnlichen Eigenschaften fasste man in Scharen Zonen mit hnli chem Fl chengef ge in 12 Homogenbereichen zusammen S mtliche Neuaufnahmen wurden in Kontext mit dem Ausf hrungsplan ausgewerteten Fotografien der Bauzeit alten Kluft aufnahmen sowie vorhandenen Aufzeichnungen gestellt Zus tzlich pr fte der Geologe das Fl chengef ge an den Talflanken und an der Sperrstelle auf Widerspr che und hielt die Re sultate n einem separaten Bericht fest 11 13 Durch Auswertung vorhandener Luftbildauf nahmen konnte eine neue topographische Karte erstellt und n ein bestehendes CAD Modell eingef hrt werden In Letzterem sind alle geometrischen Angaben zur Felsoberfl che zu den Mauerbl cken w e auch z
59. Eine besondere Be deutung kommt der ffnungsweite und F llung zu Je gr sser die ffnungsweite und je klei ner der F llgrad desto mehr Wasser kann zirkulieren Eine Bruchbrekzie weist eine hohe Mylonit eine geringe Durchl ssigkeit auf Bei einer quellenden F llung kann der Betrag mit der Zeit ab bei einer erodierbaren zunehmen Zirkulierendes Wasser beg nstigt das Ein schlammen von Feinstmaterial die Ablagerung fremder Mineralien Mineralbildungen und die Verwitterung 3 24 3 49 L sungsvorg nge entlang bestehender Trennfl chen n aus laugbaren Gesteinen w e Kalk Dolomit oder Gips f hren zu komplizierten Systemen von R hren und Hohlr umen Karst Ein Versatz oder ein Matrixwechsel ist weniger von Belang derweil die in der N he der Felsoberfl che st rkere Verwitterung die Durchl ssigkeit erh ht Wasseraustritte an der Felsoberfl che Bild IGT Magmatische Gesteine weisen oft wenig durchl ssige G nge und Adern auf Heterogen auf gebaute Str me Kontraktionskl fte und Zwischenschichten k nnen rtliche eine starke n derung der Durchl ssigkeit bewirken Sedimentgesteine f hren Wasser haupts chlich n den Schichtfugen nahe der Gel ndeoberfl che oder entlang der Schnittlinien gr sserer Kl fte Tiefer liegende Fugen zeigen eine Veranlagung zum Tropfen 3 45 In horizontal oder leicht fallenden Schichten bewegt sich das Wasser vornehmlich in vertikalen Kl ften In Falten kon zentrieren sich die urspr n
60. G bei variablem Azimut angesetzt Diesem Lastfall kommt insofern eine beson dere Bedeutung zu als das Untersuchungsgebiet in einem bekannten Erdbebengebiet liegt Davon zeugen die berall sichtbaren Sch den des letzten Ereignisses an der Bausubstanz von Muro Lucano e Eigengewicht G Fundamentlast F Horizontale Erdbebenersatzlast Ey Vertikale Erdbebenersatzlast Ey In diesem Fall wurde die horizontale Komponente der Erdbeben last mit einer Ersatzkraft von Ey 0 2 G die vertikale Komponente mit Epy 0 2 G F nach oben resp nach unten angesetzt 13 4 4 Ergebnisse Die geotechnischen Gegebenheiten in der linken Talflanke werden bez glich der Stabilit t aufgrund der Untersuchungen an den zwei beschriebenen Bruchk rpern wie folgt beurteilt e Eigengewicht G Der Sicherheitsfaktor f r den potentiellen Bruchk rper A betr gt 1 13 je ner f r B 1 95 Die Translation erfolgt in Richtung der Schnittgeraden Der tiefe Sicher heitsfaktor von A f r den trockenen Fall belegt dass die Koh sion in der Tat im ange nommenen Bereich liegen muss e Eigengewicht G Fundamentlast F Der Einfluss der Fundamentlast sie betr gt nur 11 Bruchk rper A bzw 21 B von G ist sehr gering vermindert sich doch der S1 cherheitsfaktor nur um rund 1 auf 1 11 f r A resp 1 93 f r B Die Verschiebungsrich tung wird durch die Fundamentlast nicht beeinflusst e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkr fte Uz In Abbildung 13 17
61. Gefahr eines Missbrauchs indem voneinander abh ngige Gr ssen ver wendet werden z B Erstreckung und Koh sion Gesamtresultierende aller angreifenden Kr fte und Scherparameter Versch rfend wirkt die Kombination hohe Einwirkung tie fe Festigkeit mit Werten an den Enden der Verteilungskurven deren Voraussage aller gr sste Schwierigkeiten bietet 8 5 e Modellunsicherheit Wird meist vernachl ssigt weil dar ber wenig Wissen existiert 8 35 e Effektive Versagenswahrscheinlichkeit Heute ist es nicht m glich ein absolutes Mass f r die tats chliche Gef hrdung zu ermitteln 8 36 Die Parameter werden zwar quantifiziert und in ein mathematisch exaktes Gef ge eingebaut doch sind n jedem Schritt Annahmen zu treffen Zudem w rde ein solcher Wert nur aussagen dass sich m Felsfundament ein Bruchk rper mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit innerhalb eines bestimmten Zeit raums bilden k nnte Ob und wann das Tragwerk versagen w rde w re damit nicht defi nierbar 8 37 F r andere Gef hrdungsbilder sind eigene Untersuchungen erforderlich 126 8 Sicherheitsdefinition e Zul ssige Versagenswahrscheinlichkeit Unabh ngig von jeder Berechnung stellt sich die Frage welche Versagenswahrscheinlichkeit zul ssig ist Eine solche Angabe w re f r Kos ten Nutzenanalysen wichtig birgt aber die Gefahr dass starre Werte ungewollt aufw nd ge L sungen erfordern So muss ein Wert f r eine Staumauer n einem unbewohnt
62. Gr sse des genetisch zusammengeh renden Gesteinsverbandes Formation ab Je nach Erstreckung ist eine Unterteilung in Kleinkl fte lt 1 m schmal eher unbedeutend Gross kl fte gut erkennbar und Riesenkl fte gt 10 m durchschneiden Schichten und Formationen blich 3 28 3 35 Letztere k nnen auch n Scharen auftreten weisen aber betr chtliche Ab st nde auf 30 300 m Aufgrund ihrer erheblichen Erstreckung sind sie m Vergleich weiter ge ffnet und st rker ver ndert gef llt verwittert 3 37 Kl fte sind oft geschlossen oder nur wenig ge ffnet Liegen stark aufgeweitete Wandungen vor so handelt es sich um einen Spalt Je nach Grad der F llung kann die Kluftoberfl che mit einem Belag berzogen oder der ganze Hohlraum mit einem Zwischenmittel verf llt sein Tab 3 6 Magmatische Gesteine Es gibt zwei Arten von potentiellen Trennflachen Zum einen die Berandungsfl chen speziel ler Gesteinsk rper Batholithe Lakkolithe G nge u a zum andern Schichtfugen Str me Decken Ein Batholith ist ein f r Plutonite typischer K rper aus erstarrter Gesteinsschmelze der nach unten breiter wird Ein Lakkolith ist eine in geringer Tiefe steckengebliebene Mag menmasse mit baumartiger Form d e durch Einschmelzen oder Ausf llen von gangart gen Hohlr umen im lteren Nebengestein entsteht Eine Ader kleinere Ausdehnung unregelm s 40 3 Beschreibung Abb 3 11 Schicht zwischen Basaltdecken 20 m Abb 3 12 Schi
63. K BERGAMIN ST KIRCHHOFER P FILIPPINI R 1999 Felsb schung zwischen unterster und oberster Wendeplatte Felsmechanische Untersuchungen zur Gef hrdung der Bristenstrasse Teil 2 Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht BERGAMIN ST KIRCHHOFER P FILIPPINI R 2001 Rock mechanics investigations for the endan gered Bristen road Rock Mech Rock Engng 34 2 Springer Wien 12 5 12 6 12 7 12 8 12 9 12 10 12 11 12 12 12 13 12 14 12 15 12 16 12 17 12 18 12 19 Literaturverzeichnis 255 SCHNEIDER T R 1997 Ausbau Bristenstrasse Geologische Grundlagen Dr T R Schneider AG Uerikon unver ffentlichter Bericht SCHNEIDER T R BOLLINGER D 1998 Beurteilung der Gef hrdung durch Sturzprozesse und m g liche Massnahmen SKH Stans unver ffentlichter Bericht KELLER F 2002 Isench li Geologische Auswertung der neuen Aufschl sse Bericht Dr M Ko bel amp Partner AG B ro f r Technische Geologie Sargans unver ffentlichter Bericht BERGAMIN ST KOLBERG J FRITZ P 2003 Untersuchungen zur Stabilit t der Felsb schung Bris tenstrasse mit AutoBlock Mitteilung 146 SGBF Fr hjahrstagung Z rich ING B RO HEIERLI AG 1985 Schutz gegen Steinschlag VSS 107 Z rich SCHNEIDER J SCHLATTER H P 1994 Sicherheit und Zuverl ssigkeit im Bauwesen Verlag der Fachvereine Z rich
64. Liegt nur eine Schw chung des Zusammenhalts vor so handelt es sich um eine potentielle Trennfl che Trennfl chen entstehen entweder durch mecha Effektive Potsntielle nisch thermische Uberbeanspruchung Riss Trennflachen Trennflachen oder durch ein Zusammenf gen von zwei K r pern Fuge Verschwindet der Zwischenraum zwischen benachbarten K rpern wird die Fuge zur Grenzfl che wobei die G te des Kraft schlusses ber die Art der Trennfl che be stimmt Auch die r umliche Ausdehnung des Untersuchungsgebietes spielt eine Rolle So k nnen mehrere hintereinander liegende effek Abb 3 2 Unterteilung der Trennfl chen tive Trennflachen Fall III als eine einzige potentielle Fall I angesprochen werden Riss Fuge Grenzfl che Risse Bauwerk und Untergrund zeigen zwischen dem inneren Aufbau Gef ge und der usseren Erscheinung Form eine ungleiche Abh ngigkeit Das k nstliche Material Beton bietet die M glichkeit die Formgebung einer Staumauer aufgrund von bergeordneten Kriterien festzu legen Das Korn und Fl chengef ge wird innerhalb bestimmter Grenzen gew hlt und ist be kannt Beim Fels liegen die Verh ltnisse anders Das Gef ge ist vorgegeben und entzieht sich mehrheitlich einer direkten Beobachtung Seine inh renten Eigenschaften lassen sich nur an zug nglichen Felsoberfl chen beobachten deren usseres Erscheinungsbild massgeblich vom Fl chengef ge gepr gt wird Eine Gef gebeschreibung im Fels ist deshalb
65. MB das kaum mehr zu bearbeiten war In der Folge wurde von Hand ein grobes Netz aus ca 300 Dreiecken erzeugt die man ber eini ge wenige Querprofile aufspannte File 2 MB Die Berechnung des gleichen Bruchk rpers in beiden Modellen ergab Abb 12 15 Modellierung potentieller Bruchk r per m digitalen Gel ndemodell a Einf hrung einer einzelnen roten Schnitt resp Trennfl chenebene b Begrenzungsfl che nach Entfernen des berechneten Bruchk rpers c Einf hrung mehrerer Trennfl chen mit 0 5 m Abstand 12 4 Felsk rperanalyse 187 Wie potentielle Bruchk rper in einem digi talen Gel ndemodell bestimmt werden ist in Abbildung 12 15 festgehalten Hier wur de zun chst die Form eines K rpers defi niert indem man die Lage einer charakte ristischen Trennfl che anhand eines Refe renzpunktes und der Raumstellung 199 20 festlegte Die Gr sse unterlag keinerlei Einschr nkungen Die Berech nung ergab einen potentiellen Bruchk rper mit einem Volumen von 175 m und einer Kontaktfl che von 158 m Um im gleichen Gebiet andere Exemplare derselben Form aber unterschiedlicher Lage resp Gr sse zu berpr fen var erte man die Lage der Trennfl chen Jede Schnittfl che legte el nen separaten Bruchk rper fest die h chst gelegene sogar deren zwei Damit liegt der Schluss nahe dass AutoBlock aufgrund der Annahme unendlich ausgedehnter Trenn fl chen eine Vielzahl weiterer Bruchk rper im digitale
66. Materialbr cken Kristallfullung feinkorniger F llung etc e Reibung In einer ebenen Trennfl che ohne F llung ist in den Ber hrungspunkten eine materialgebundene Reibung vorhanden solange dort Normalspannungen wirken Das Ver haltnis zwischen der Scher und der Normalspannung wird durch den Reibungskoeffizien ten u t o resp durch den Reibungswinkel mit u tan g ausgedr ckt Eine ebene glatte Trennfl che in einem feink rnig weichen Gestein weist einen niedrigeren in einem grob k rnig harten Gestein einen h heren Reibungswinkel auf basic friction angle 7 26 Eine ebene rauhe Trennfl che verliert hre kleinen Unregelm ssigkeiten m Laufe der Scherverschiebung bis sich r p einstellt 7 4 Er ist unabh ngig von der Normalspan nung der Pr fk rpergr sse und der weiteren Relat vverschiebung e Verzahnung In einer unebenen rauhen Trennflache ohne F llung bewirkt das Ineinander greifen der Trennfl cher nder einen kombinierten Prozess von Aufgleiten und Abscheren 7 10 Mit steigender Normalspannung treten die Aufgleitvorg nge zur ck bis nur noch Abschervorg nge stattfinden Dementsprechend wird der Reibungswinkel r zunehmend kleiner Die Differenz von H chst und Restfestigkeit g bt den Einfluss der Verzahnung wieder Mit zunehmender Scherverschiebung brechen die Unregelm ssigkeiten ab und r sinkt auf rv e Dilatanz Bei Behinderung der Dilatanz erh ht sich in einer unebenen ra
67. Rauhigkeit Oberflachenbeschaffenheit einer Trennflache im Mikrobereich Abb 3 6 Die geringf gige geometrische Abweichung von einer glatten Oberfl chenform bezogen auf eine Strecke im mm bis cm Bereich kann quantitativ oder qualitativ erfasst werden z B Rutschharnische mit Gleitstriemung auf einer welligen gebogenen Trennfl che Im einen Fall misst man mit einem Messger t die vom Korngef ge abh ngige Rauhtiefe im andern Fall sind Adjektive von Nutzen um die kleinen Abs tze H hlungen etc zu charakterisieren z B glatt rauh kantig rillig Auf einer unverwitterten Oberfl che sind h ufig Muster in Form feiner Rippen zu erkennen Richtungsabh ngige Merkmale des Mikroreliefs die z B von einer linienhaf ten Paralleltextur siehe Kap 3 1 4 stammen oder durch mechanische Ritzung entstanden sind Gleitstriemung sollten vermerkt werden Eine Charakterisierung der Rauhigkeit mit tels Kennwerten konnte sich bisher in der Fachwelt nicht durchsetzen Verwitterung Anzeichen f r den Grad frisches Gestein Farbwechsel einzelne Kornabsonderungen lockergesteinsahnliches Material etc und die Tiefe qualitativ festhalten Abb 3 6 Matrixwechsel Ort wo Trennfl cheneigenschaften abrupt ndern k nnen Endung Einbiegung Ab lenkung Durchschlagen Auffedern etc Abb 3 6 Von Nord ber Ost gemessen Die Richtung f r O lt yw lt 180 wird mit einem Quadranten z B 089 47 N89E 47SE angegeben Diese Richtung wird von
68. Report 176 Transportation Research Board National Acad of Sciences 5 16 HOEK E LONDE P 1974 Surface workings in rock In Proc 3 Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 3 Denver 5 17 5 18 5 19 5 20 5 21 5 22 5 23 5 24 5 25 5 26 5 27 5 28 5 29 5 30 5 31 5 32 5 33 5 34 5 35 5 36 5 37 5 38 5 39 5 40 Literaturverzeichnis 245 U S ARMY CORPS OF ENGINEERS 1996 Rock foundations Technical engineering and design guides as adapted from the U S Army Corps of Engineers No 16 ASCE New York GOODMAN R E KIEFFER D S 2000 Behaviour of rock in slopes J Geotech Geoenv Eng Au gust DEERE D 1981 Engineering geology for concrete dam foundations In Recent Developments in Geomechanical Engineering for Hydro Projects Ed Kulhawry New York DEERE D 1979 The importance of weak geological features In Proc 4 Int Cong on Rock Mech vol III Montreux DOUGLAS K SPANNAGLE M FELL R 1999 Analysis of concrete and masonry dam incidents Hydropower amp Dams Issue Four MULLER L 1963 Der Felsbau Enke Stuttgart KOVARI K FRITZ P 1984 Recent developments in the analysis and monitoring of rock slopes In IV Int Symp on Landslides Toronto JENNINGS J E 1970 A mathematical theory for the calculation of the stability of slopes in open cast mines In Planning Open Pit Mines Johannesburg
69. S M GALE J E 1990 Application of Computer Aided Design CADD in data display and integration of numerical and field results Stripa Phase 3 Stripa Project 91 04 Technical Report Stockholm 10 14 JONES N WRIGHT ST 1993 Subsurface characterization with solid models J Geotech Engrg ASCE 119 11 254 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 10 20 Literaturverzeichnis HOEK E RIPPERE K H STACEY P F 2000 Large scale slope designs a review of the state of the art In Slope Stability in Surface Mining Ed Hustrulid McCarter amp Van Zyl SME Littleton FRITZ P 2007 AutoBlock Version 2 3 User Manual Inst f r Geotechnik Professur fiir Unter tagbau ETH Z rich FRITZ P BERGAMIN ST 2004 Rock slope analysis based on digital terrain model In Proc 37 Asian Rock Mechanics Symposium vol I Kyoto Millpress Rotterdam FRITZ P ZHENG X 1998 A finite element framework for geotechnical applications based on ob ject oriented programming Report Swiss Federal Institute of Technology Z rich KOVARI K FRITZ P 1976 Stabilit tsberechnung ebener und r umlicher Felsb schungen Rock Mech 8 2 Springer Wien FRITZ P BERGAMIN ST 2004 Computer program AutoBlock for analyzing the stability of founda tions and slopes in rock based on a digital terrain model In 72 Annual Meeting of ICOLD Seoul 11 Felsfundation Staumauer Albigna 11 1
70. Sperrstelle Profilkurvatur beinhaltet Angaben zur Form und konvex gestreckt konkav Bedeckung des Gel ndes Das Relief kann durch Einmessen von Punkten auf der Gel ndeoberfl che bestimmt werden siehe Kap 10 1 W hrend Einzelpunkte nur geometrische In konvex formationen beinhalten beschreiben H henlinien zus tzlich die Geomor phologie indem sie implizit Gerippe linien und Kanten enthalten Auch Kuppen S ttel und Senken lassen Plankurvatur gestreckt s ch erkennen Die in Abbildung 3 4 zusammengestellten Formelemente zur W lbung erleichtern eine Schil derung des Reliefs 3 16 Die Plan kurvatur bezeichnet die horizontale konkav die Profilkurvatur d e vertikale Kom ponente der W lbung Neigungsver Abb 3 4 Elemente f r die Relief Beschreibung 3 15 nderung entlang der Falllinie Ein Tal entsteht durch die erodierende T tigkeit eines Wasserlaufs oder Gletschers Zwischen seiner Form und dem Gef ge im Untergrund existiert eine Wechselwirkung die sich aus dem Erosionswiderstand des Gesteinsverbandes ergibt Der Talweg kann parallel zum richtungs abh ngigen Gef ge verlaufen oder letzteres schneiden kon bzw diskordant Symmetrie resp Asymmetrie eines Tals sowie die Art der Abstufung sind wichtige Hinweise auf die E1 genschaften des Gef ges So sind z B die Talflanken umso steiler je weniger ausgepr gte Fehlstellen im Fels vorkommen Ein untersc
71. Strasse unten den Reno di Lei AutoBlock importierte das Fl chenmodell nach erfolgreicher Durchf hrung aller Kontrollen und vollzog die Transformation in ein Volumenmodell gem ss den Ausf hrungen in Kapitel 10 2 3 F r eine einfachere Handhabung konstruierte man drei Modelle Je ein kleineres der beiden Talflanken sowie ein gr sseres des gesamten Untersuchungsgebietes z vor ie Sperrenk rper _ Solid der wasser 2 H Ye seitigen Oberflache Zerlegung in nee Mauerbl cke 2 Luftseitige Oberflache Abb 14 9 Schematische Darstellung der Konstruktion des Bauwerksk rpers Ausgehend von der bekannten Geometrie der Gr ndungsfl che der Mauerkrone und des querschnittes erstellt man ein Netz f r die luft und wasserseitige Maueroberfl che Nach Konstruktion der zugeh rigen Solids und Subtraktion mittels Bool scher Operationen resultiert das Solid des Sperrenk rpers Es l sst sich wiederum in einzelne Mauerbl cke unterteilen Die Darstellungsarten sind Drahtmodell wireframe Volumenmodell flat shaded resp hidden line Ihere are not detailed rules to reduce real geometry into a representative simplified model and a compromise that takes into account the available computer and human resources as well as the capability of the numerical codes has to be reached In this context it is probably wiser to reduce the complexity o
72. Vorhaltemass gegen ber dem gesch tzten Mittel wert z B f r Baugrundeigenschaften 8 8 In Einzelf llen sind direkt Bemessungswerte festzulegen z B bei Imperfektionen SIA 267 8 10 pr zisiert dass f r geometrische Gr ssen z B Lage des Bergwasserspiegels der Minimal oder Maximalwert f r den Bezugszeitraum massgebend sei F r geotechnische Gr ssen entspreche x dem vorsichtigen Erwartungswert Der Abstand zum gesch tzten Er wartungswert sei in Abh ngigkeit der Wertstreuung und der Zuverl ssigkeit der Wertbestim mung anzunehmen Konkret solle man x objektiv so festlegen dass die Wahrscheinlichkeit eines f r die betrachtete Bemessungssituation ung nstigeren Werts unter 5 liege Dem steht entgegen dass die zur Verf gung stehende Datenmenge meist bescheiden ist Bei einer Bau grundeigenschaft sei x entweder gr sser oder kleiner bei der Scherfestigkeit im Normalfall stets kleiner als das ar thmetische Mittel xm 8 11 Die bis anh n in der geotechnischen Praxis gebr uchlichen vorsichtig gew hlten Mittelwerte k nnten durchaus als x angesehen wer den selbst wenn damit die theoretische Masszahl einer 5 Quantile nicht getroffen wird Einwirkungen werden mit Hilfe rechnerisch einfach erfassbarer Modelle ber cksichtigt wel che der Wirkungsweise der geometrischen Konfiguration und der Intensit t Rechnung tragen 8 7 Die f r einen Nachweis verwendeten skalaren Angaben f r eine Einwirkung bezeichnet man al
73. W 1996 Rock slope engineering Rev 3 Edition Inst of Mining and Metal lurgy London KOVARI K FRITZ P 1979 B schungsstabilit t mit ebenen keilf rmigen und polygonalen Gleitfl chen Rock Mech Suppl 8 Springer Wien ICOLD 1987 Dam safety guidelines Bulletin 59 Paris GORDON B 1976 Identifying potential stability problems In The Evaluation of Dam Safety Kalifornien LEUSSINK H 1942 Der Sicherheitsgrad im Grund und Erdbau In Bautechnik 20 Heft 33 HOEK E 1991 When is a design in rock engineering acceptable In Proc 7 Int Cong on Rock Mech vol III Aachen CHOWDHURY R N 1978 Slope analys s Developments in Geotechnical Engineering 22 Elsevier Amsterdam KOVARI K FRITZ P 1989 Re evaluation of the sliding stability of concrete structures on rock with emphasis on European experience Dept of the army US Corps of Engineers Washington DC HOEK E LONDE P 1974 General report on rock slopes and foundations Jn Proc 3 Cong of ISRM vol 3 Denver LANG H 1994 Stabilit tsprobleme Sicherheits berlegungen und Interaktion Boden Bauwerk Mitteilung 129 SGBF Fr hjahrstagung Z rich BUNDESAMT F R WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Basisdokument zur konstruktiven Sicherheit Berichte des BWG Serie Wasser Version 1 0 Biel MEYERHOF G 1982 Limit states design in geotechnical engineering In Structural Safety El
74. a lower limit below which it is not humanly foreseeable to descend 9 11 9 2 Berechnungsmodelle 131 9 2 Berechnungsmodelle Berechnungsmodelle sind vielseitiger g nstiger und rascher als Experimente Forscher und Ingenieure haben im Laufe der Zeit eine Vielzahl analytischer und numerischer Methoden entwickelt um den Felsuntergrund abzubilden Sie unterscheiden sich in den Grundannahmen und Konzepten je nachdem welche Fragestellung untersucht und welche Verfeinerung ange strebt wird 9 19 9 2 1 Deformationsmethode Deformationsmethoden beruhen auf einem Stoffgesetz mit welchem der Verformungsverlauf vor und nach dem Erreichen der Tragf higkeit bestimmt wird Das Tragwerk insbesondere der Gr ndungsk rper mit seinem Fl chengef ge kann entweder als Kontinuum oder als Dis kontinuum modelliert werden Die Vereinfachungen ber cksichtigen die Trennfl chen n Art und Umfang unterschiedlich Im einen Fall wird ein aquivalentes Kontinuum geschaffen in dem man ihre mechanische Wirkung in die Parameter zur Beschreibung des Felsuntergrundes einbaut Das Verschmieren der Trennfl chen erfolgt z B durch Einf hren anisotroper Festigkeits oder Verformungseigenschaften Im anderen Fall werden die Trennfl chen durch spezielle Elemente nachgebildet die Verformungs und Festigkeitseigenschaften nkl Dila tanz ber cksichtigen Abb 9 4 9 21 Im Extremfall l sst sich der Untergrund n Bl cke aufl sen die miteinander
75. ab z B Gesteinsart Fehlstellen Wasser Verwitterungsvorgang Einwirkungsdauer Umgebungsbedingungen Klima 2 11 Nach der vollst ndigen Zerst rung des Gesteinsver bandes bleiben die Verwitterungsprodukte liegen oder werden durch Wasser Eis oder Wind an einen neuen Ort transportiert und abgelagert Im Bereich einer Sperrstelle sind deshalb sowohl lokal entstandene als auch fremde Verwitterungsprodukte anzutreffen Bez glich seiner physikalischen und chemischen Beschaffenheit stofflich einheitlicher nat rlicher Bestandteil der Gesteine von dem rund 50 verbreitet sind 2 8 Es sind v a Festk rper in denen die Bausteine Atome lonen Mole k le dreidimensional gesetzm ssig in einem Kristallgitter angeordnet sind 2 9 wenige sind amorphe Substanzen Die R mer bezeichneten den festen Teil der Erdkruste petra Fels den zerbrochenen solum Boden Zum Unter schied schreiben TERZAGHI amp PECK 2 10 Soil is a natural aggregate of mineral grains that can be separated by such gentle mechanical means as agitation in water Rock on the other hand is a natural aggregate of minerals connected by strong and permanent cohesive forces Since the terms strong and permanent are subject to different interpretations the boundary between soil and rock is necessarily an arbitrary one As a matter of fact there are many natural aggregates of mineral particles that are difficult to classify either as soil or as rock
76. and facilitates a stability analysis with any number of potentially unstable blocks Four examples put the theoretical explanations in concrete form They illustrate how to solve stability problems in rock foundations in a scientific manner With AutoBlock the specialist has more time to study the problem and to explore the relationships between the individual parameters In other words It eases the burden of time consuming activities and allows for a more detailed and thorough analysis The computer program allows the practicing engineer to gain a deeper understanding of the actual problem The key factor to a sound analysis lies in maintaining a broad overview of all important associated details In order for this to work thinking and acting like an engineer in all aspects is imperative This is very often much more arduous than going precisely into detail 1 Einleitung 1 1 Problemstellung Eine Staumauer und ihr Felsfundament bilden eine Einheit Abb 1 1 Ausgehend von diesem allgemein anerkannten Grundsatz beruht jede Stabilit tsuntersuchung von Staumauern auf einer sorgf ltigen Beurteilung des anstehenden Felsens Im Gegensatz zur Betonmauer handelt es sich beim Fels um ein nat rliches Material das von Trennfl chen Schichtfl chen Kl ften St rungen durchzogen ist Solche lokal oder grossr umig auftretenden Fehlstellen schw chen das Festgestein und k nnen unter Belastung bzw Belastungs nderung die Bildung von sogen
77. bis in die 1970er Jahre verwendet Der Er satzwert ist im Vergleich mit registrierten Spitzenbeschleunigungen 1m Nahbereich starker Beben eher gering Heute sind Beschleunigungswerte f r ein MCE von 0 2 0 3 g in seis misch inaktiven Regionen bzw 0 45 0 65 g fur solche mit nahen aktiven Verwerfungen durchaus bl ch 6 27 In den Vereinigten Staaten sind selbst Werte von 0 5 1 0 g keine Ausnahme mehr 6 18 Eine raumliche Variabilitat an der Sperrstelle ist dokumentiert So ergaben Messungen bei Bogenmauern dass die Beschleunigungswerte an der Krone dem ein bis funffachen Wert am Fuss entsprechen konnen z B Nagawado Ambiesta Chirkey Pacoima 6 6 6 12 6 24 Es gibt auch Hinweise dass die Beschleunigung unter der Felsoberflache mit der Tiefe abnimmt 6 12 Die horizontalen Werte sind erfahrungsge mass meist um den Faktor 1 5 3 gr sser als die entsprechenden vertikalen Werte Wegen des l ckenhaften Fachwissens ist die Festlegung des Betrags der Ersatzbeschleunigung auch heute noch mit sehr grossen Unsicherheiten behaftet e Einschr nkungen Unber cksichtigt bleiben z B die Einwirkungsdauer der Erdbebenbe schleunigung die Schwingung selber das Eigenschwingverhalten des Tragwerks oder die Interaktion zwischen Sperrenk rper Gr ndungsk rper und Wasser Solche Einfl sse las sen sich nur mit dynamischen Methoden untersuchen Because the peak horizontal and vertical accelerations are unlikely to occur simu
78. der Bruchgeraden tangential an die Grenzkurve der Festigkeit den Reibungs Abb 7 7 COULOMB sches Bruchkriterium f r eine winkel gr Den Verlauf der H chst und Trennfl che mit Fallwinkel r Die bei Restfestigkeit zeigen beispielhaft die in o 7 tangential an die H llkurve ange Abbildung 7 3 b aufgezeichneten f r a a Zn 5 tepaar cr und r bestimmt rauhe Trennfl chen typischen Scherkur i eee ven Die Koh sion cr ist keine echte Koh sion in Sinne einer Zugfestigkeit dies w re z B cr aus einer F llung sie ergibt sich vielmehr scheinbar durch das Absche ren von Unebenheiten wegen der behinderten Dilatanz bei hoher Normalspannung Mit wach sender Normalspannung nimmt die scheinbare Koh sion zu der Reibungswinkel ab 7 27 Analog zu den Triaxialversuchen wird wiederum zwischen den Scherparametern cr und or f r die H chstfestigkeit sowie cr und pr f r die Restfestigkeit unterschieden Die Restkoha sion Cr ist praktisch gleich null Der langsam fortschreitende Verlust der scheinbaren Ko h sion ist ein sehr komplexes Problem bei welchem neben dem Bruch der Verzahnung und der Unebenheiten die gleichzeitige Entwicklung von Gleitreibung eingeschlossen ist 7 11 Das Abscheren der Unebenheiten bewirkt r lt r Das MOHR COULOMB sche Bruchkriterium hat sich seiner Einfachheit wegen in der Geo technik durchgesetzt Obschon nur f r die Hauptspannungen aus Triaxialversuchen ohne Ein s
79. deren mengenm ssi gen Anteile und durch Ge f gemerkmale beschreiben l sst 3 26 Als Unterschei Abb 3 10 Korngef ge a Richtungslose massige Textur b Plana re Paralleltextur c Lineare Paralleltextur 3 30 dungsmerkmale des Korn gef ges Korn im Sinne eines einzelnen Minerals oder Mineralaggregates dienen Struktur und Textur Der Begriff Struktur beinhaltet die Ausbildungsart der Einzelk rner eines Gesteins d h Korngr sse und form Unter Textur wird die r umliche Anordnung Verteilung und Verzahnung der Einzelk rner sowie der Grad der Raumausf llung verstanden Beide Begriffe beinhalten somit Angaben zur Homogenit t und Isotropie einer handst ckgrossen Felsprobe Demgem ss h ngen auch dessen physikali schen Eigenschaften wie Festigkeit Verformbarkeit Durchl ssigkeit etc vom Korngef ge ab Jedes Gestein weist entweder eine richtungslose oder eine gerichtete Textur auf die ihrerseits als lineare oder planare Paralleltextur vorliegen kann Abb 3 10 Lineare Paralleltexturen zeigen ein linienf rmiges Muster das z B durch Wachstum l nglicher Mineralien Ablage rung l nglicher Teilchen in einer vorherrschenden Richtung oder Orientierung unter Druck einfluss hervorgerufen wird 3 31 Planare Paralleltexturen hingegen lassen sich bei zeitlich gestaffelten Ablagerungen gleicher oder unterschiedlicher Herkunft oder bei einer flachen Einregelung bl tt
80. des Untergrundes Sie beruht Untergrundes auf einer umfassenden geotechnischen Er kundung und beinhaltet eine sorgf ltige Ana lyse der vorhandenen Felsstruktur unter Be Experimentelle r cksichtigung der topographischen Gegeben Theoretische Modelle heiten Die massgebenden Gesteins und Trennfl cheneigenschaften werden kurz be Abb 2 11 Modelle in der Geotechnik schrieben und zeichnerisch festgehalten a Bisherige Vorgehensweise 2 26 2 45 Kapitel 11 4 zeigt hierzu eine b Verbesserte Vorgehensweise L sung f r die Staumauer Albigna e Modell des Untergrundes Das vom Stand punkt der Statik vereinfachte Abbild der Wirklichkeit fasst die geometrischen Gr ssen und die im Hinblick auf die Stabilit t Verformbarkeit und Durchl ssigkeit massgebenden Eigenschaften in einem widerspruchsfreien Gesamtbild zusammen H ufig auch als Baugrundmodell Gebirgsmodell oder Geotechnisches Modell bezeichnet bildet es die Basis f r eine systematische Zusammenstellung unerw nschter Gef hrdungs und Nutzungszust nde Bei der Synthese der geologischen Informationen sind die erhobenen Fakten und Annahmen strikte zu trennen und unzweideutige Begriffe zu verwenden Dies verbessert nicht nur die Transparenz sondern wirkt vor allem der gef hrlichen Vermischung von Tatsachen Vermutungen Folgerungen etc entgegen Zudem vermeidet man damit die Benutzung von Daten ohne Kenntnis ihrer theoretischen oder empirischen Entstehung
81. diese Annahme wirklich gerechtfertigt ist 5 34 5 3 Bruchmechanismus 71 Absacken Knicken Beulen Abb 5 19 Auf Kippen Absacken Knicken und Beulen wird nicht eingegangen da solche Mechanismen bei Staumauern nur in absoluten Ausnahmef llen denkbar sind Anders als im Lockergestein sind der Bewegungsrichtung eines potentiellen Bruchk rpers 1m Fels Schranken gesetzt Sie ergeben sich durch den starren Untergrund dessen Oberfl che gegen ber der Kontaktfl che weder durchdringlich noch verschieblich ist So sind rein geo metrisch nur solche Bewegungen m glich bei denen der Vektor m entweder parallel zu einer Teilfl che k der Kontaktfl che gerichtet ist oder eine Normalkomponente in Richtung Bruch k rper besitzt 5 38 Mathematisch l sst sich dies durch n m gt O formulieren mit n Nor maleneinheitsvektor n der Teilfl che k der Kontaktfl che in Richtung Bruchk rper und m Einheitsvektor m der Translation F r n m gt 0bewegt sich der potentielle Bruchk rper von der Teilfl che weg f r n m 0 parallel dazu Jede Teilfl che auferlegt somit der Bruchk r perbewegung eine eigene geometrische Bedingung wobei all diese Auflagen gleichzeitig erf llt sein m ssen 5 38 Eine Variation der Bruchkorperform erh ht die Anzahl m glicher Translationen und er schwert dadurch die Vorhersage eines spezifischen Mechanismus Demgegen ber hat eine nderung der Bruchk rpergr sse keinen Einfluss auf den Bru
82. durch je einen Last und Widerstandsfaktor oder ein zelne Lastfaktoren Analog zum Nachweis auf Gebrauchslastniveau ist die Anwendung ein fach doch lassen sich die verschiedenen Unsicherheiten nicht einzeln abdecken 120 8 Sicherheitsdefinition Wahrend sich in den hiesigen Konstruktionsnormen anfanglich neben dem Nachweis von zu lassigen Spannungen I der Bruchnachweis III durchgesetzt hatte wurde Ende der Achtzi gerjahre die Betrachtungsweise anhand von Grenzzust nden II im gesamten Regelwerk aus formuliert 8 7 Nach Vorgaben des Eurocode und des Swisscode SIA 260 8 8 gilt nun f r alle Fachgebiete auch f r die Geotechnik mit den bisher blichen Globalsicherheitsfaktoren das Konzept der Teilsicherheitsfaktoren Fur die Kennwerte sollen damit neu sog charak teristische Werte eingesetzt werden 8 2 2 Charakteristischer Wert Nach SIA 260 ist der charakteristische Wert x ein in der Regel auf statistischer Basis festge legter Wert einer geometrischen Gr sse einer Baustoff bzw Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung Dabei kommen Mittelwerte z B f r Eigenlast mit geringer Streuung sowie obe re bzw untere Fraktilewerte z B f r Baustoffeigenschaften zur Anwendung 8 9 Gegebe nenfalls sind auch Nennwerte zu verwenden auf nicht statistischer Bas s festgelegt z B f r planm ss ge Abmessungen oder vorsichtige Erwartungswerte solche haben ein f r die er forderliche Zuverl ssigkeit ausreichendes
83. durchwegs gegeben Die Untersuchungen belegen somit die Notwendigkeit weitergehender Untersu chungen zu den Trennfl cheneigenschaften Dessen ungeachtet k nnen jedoch erste berle gungen zum Entwurf eines geeigneten Fundationskonzepts vorgenommen werden 13 5 Fundationskonzept Das Felsfundament muss eine ausreichen de Sicherheit gegen Versagen und ber m ssige Verformungen aufweisen Wie aber k nnen diese Anforderungen m vor liegenden Fall erf llt werden Abbildung 13 19 gibt dar ber Auskunft Die oben dargestellte Einspannung a l sst sich durch einen einfachen Balken mit zwei kurzen Kragarmen erzielen deren Verti kal und Horizontalbewegungen man an den Enden verhindert b c In Abbildung 13 19 b kommen daf r Zugstangen zum Einsatz Einen anderen L sungsansatz ver folgt Abbildung 13 19 c Hier gebietet je ein m Untergrund verankerter Block den Aufw rts und L ngsbewegungen der Rechte Linke b c or a Abb 13 19 Schematisch dargestellte L sungsan s tze a Einspannung b Zugstangen c Betonbl cke an beiden Auslegern Talflanke Talflanke Rescio Zug stange Vorspann anker b Vorspann anker a c Abb 13 20 Konkretisierung der L sungsans tze a bersicht b Zugstangen c Betonbl cke 13 6 Schlussfolgerungen 211 Kragarme Einhalt Eine weitere hier nicht dargestellte L sung best nde in der beidseitigen Ano
84. ee ee a eet teen see et 64 5 1 2 Emflusstakloten 22er eT FEES ETE TPE TE TE VO nm ee 66 3 2 Br chk mperstose anna Ri Bu ae 73 IFAD ENANS sapaa IE EUER ENE mena Nee an nen eRe Ney Nee a ene ene 73 92 MUNG SNe COI Teer 74 33 Br chmechanssm s ser ersehen 76 TTL WIT UT CMD eines nenne 79 6 1 BIS Ver 1 eee Ree RnR nae ee PEE SPER ERE MEN EY DOOR MERE ESEA AAEE E A S MORON EHESTEN ER RT ERROR SOP N 80 wa AO DE de ne ee De ny eee ENT NYP nD EOD ORR NN VESEY ee PD TINO orn ent nT eT ees 81 6 3 I ASS CO a ERSTER EAU teen ease a a etna Accents haute BUN HRETEHEERENIENE ee aac LERNEN SE SNRTERE 84 0 21 S ONUN S IESE Zee nn ee se en re eo aE Cr eee 84 OSL W sserdruck u ae e E EE A E 87 064 Weitere Enwiikinsen we ee 92 6 5 MSO UTTER CIOS aus es ee RS ee eee 93 6 06 Elndamenllast acess saad assoc aa estace neues ar tas daa sauces ee ER ONA 94 6 7 Sl 2 E EET teat cor VE AEE E aces NEL E OB tanita eae acts EES EE EEEE EEEE EE E ES 98 Feste keil sscdscsiesctaucsteuvenevasvecesaasteveucsncanesasvesnesdeneunceaestensuasweanetassususedenecadeaeseesseasueentaaeseets 99 7 1 N O sacha cence ge a ee ee Eee 99 Tl 1 cs 0 51s ve RD a ee Cn Ne ee ROR EDEN ee mn NE Ay ty ON 100 eM Z 1 11aX A S E o E ehren sten gegessen ghee ite ure tacasiuoveastoiontst utestesis nee 101 7 123 Direkter Scherversuch u a ee ee ee en isses 102 12 Bruchkriter um seele era Sl 105 12 1 ine ares Bruchkniter Imre einge 105 202 Dili meres Bruc Mii ert endian ee ee ee es
85. eine Untertei lung der Sperrstelle in eindeutig definierte Bereiche wie beispielsweise linke rechte Talflan ke Gr ndungsfl che Wasser und Luftseite Situation L ngenprofil a Parallele Talkflanken b Kurzes Talengnis e Wenig Gef lle f Kurzer Riegel c Engnis vor Talweitung d Engnis nach Talweitung g Riegel vor Talbecken h Riegel nach Talbecken N Abb 3 5 Schematische Darstellung von Grundf llen des Reliefs an der Sperrstelle in der Situation und 1m Langenprofil Beispiele aus der Schweiz a Valle di Lei b Zeuzier c Montsalvens d Punt dal Gall e Wynau Flusssperre f Albigna g Zervreila rechtes Widerlager h Emosson Eine Rutschung ist eine hangabw rts gerichtete Bewegung von Locker bzw Festgesteinsmassen Mind 34 Staumauern sind auf vorhandene Rutschmassen gegriindet die vorher nicht als solche erkannt wurden 3 18 Sie bilden die Schnittstelle zwischen Form und Gef ge da diese Fl chen nicht nur lokal die Form des Gel ndes beein flussen sondern auch Hinweise auf die Eigenschaften des Fl chen und Korngef ges geben 30 3 Beschreibung 3 1 3 Fl chengef ge Die Beschreibung des Fl chengef ges beinhaltet Angaben zu allen flachenhaften Gliede rungselementen im Innern eines betrachteten Felsbereichs Art Entstehung Geometrie etc Die Erfassung Auswertung und Darstellung sind anspruchsvoll Erstens entziehen sich die Fl chen mehrheitlich einer
86. eine aus verdickten K pfen Platten oder Ge w lben gebildete Stauwand st tzt Tab 3 1 Abb 3 3 Die Grundplatte beschr nkt sich manchmal auf einzelne Felder oder geht durch 3 11 Die Bogenmauern Tab 3 1 sind d n ne gebogene Bauwerke mit einer Bas sst rke kleiner als die halbe H he 3 12 Zur Unter scheidung zieht man h ufig das Verh ltnis Kronenl nge zu Mauerh he oft lt 5 1 den Schlankheitsgrad Sohlenbreite H he oder den Schlankheitskoeffizienten heran Tab 3 1 bersicht ber die drei Hauptgruppen von Staumauern 3 7 3 8 3 9 3 10 Gewichtsmauern Gewichtsmauer Mauer mit dreieckigem Querschnitt oft mit aufgesetzter Krone und wenig gekr mm ter z T abgewinkelter Kronenachse Bogengewichtsmauer Im Grundriss gekr mmte in der Mitte schmalere Gewichtsmauer Hohlpfeilermauer Gewichtsmauer mit Hohlr umen in Quer und L ngsrichtung zur Materialeinsparung Pfeilermauern Pfeilerkopfmauer Aufgel ste Mauer mit Verbreiterung des seeseitigen Pfeilerendes um den freien Raum zwischen den Pfeilerw nden zu berbr cken Die Form der Verbreiterung stellt ein charakteristisches Merkmal des jeweiligen Typs dar z B Rund Rhombenkopf T f rmiger Kopf Neben Einzelpfeilermauern mit offenen Zwischenr umen gibt es auch Doppelpfeilermauern wobei h ufig zwei Pfeiler zu einem Hohlpfeiler vereinigt sind Pfeilerplattenmauer Ambursenmauer Aufgel ste Mauer die auf der Seeseite aus d nnen oft armierten P
87. fr her m Talsperrenbau nicht blich Abb 2 11 a Es war vielmehr gangig die Idealisierung von Anfang an auf die Erfor dernisse eines bekannten Bemessungsverfahrens abzustellen Eine zu fr he Festlegung steht jedoch einer objektiven berpr fung seiner Eignung im Wege Hinzu kommt eine stark eingeschr nkte Korrekturm glichkeit da ein sp ter als zweckdienlicher erscheinendes Modell unter Umst nden andere Anforderungen an Art und G te der Eingangsdaten stellt die sich dann nicht oder nur ungen gend erf llen lassen Die hier dargelegte theoretisch wissen schaftlich begr ndete Vorgehensweise Abb 2 11 b ist ungleich strenger Sie ist in der Lage die notwendigen Voraussetzungen f r eine stringente Argumentation bei der Entscheidungs findung zu schaffen Eine solche muss im vorliegenden Fall aufgrund der weitreichenden Konsequenzen gefordert werden Zumindest von Seiten der Vorgehensweise kann damit der Anspruch an die gebotene Sorgfaltspflicht als erf llt betrachtet werden As is the case with many analysis made in geotechnical engineering practice the true value of the analysis often lies in the insights and understandings that come from careful formulation of the problem Thus an analysis may be useful even if the numerical results are not used directly in a decision making process 2 42 24 3 Beschreibung Die f r die Stabilit t relevanten technischen Eigenschaften von Bauwerk und Untergrund las sen sich mit Erkund
88. geologic feature The zones are particularly prevalent in metamorphic rocks foliation shear zones and in sedimentary rocks bedding plane shear zones usually as shfale mylonite The zones are often thin from 20 mm to 100 mm commonly but they may extend hundreds of meters They are filled with ground up fine grained rock fragments gouge which is usu ally micaceous in the metamorphic rocks and clayey in the sedimentary rocks The movement and shearing are con centrated in weak beds occurring stronger beds In metamorphic rocks the shearing typically takes place in thin in terbeds of mica or chlorite schist In sedimentary beds the shearing is always associated with shaley layers which are in terbedded with harder limestone or sandstone beds The orientation of the thin shear zones is parallel to the foliation or bedding they may also occur to some extent in igneous rocks particularly in layered volcanics 5 19 Beachte Tuff and conglomerate and shale were noted to have softened when wet 5 21 5 1 Bruchk rperform 69 Anzahl Trennfl chen Eine Viele b gekr mmt e Anzahl Scharen konkav Abb 5 10 Weitere Beispiele zum Einfluss der Anzahl Scharen auf die Bruchk rperform Je nach Form der Schar a b Kombination der einzelnen Trennfl chen d e und Anzahl Trennfl chen pro Schar c f sieht man sich unversehens
89. her 2 4 Mio m R ckhalteraum Im Sommer 1959 erfolgte ein Teilstau bis Kote 2112 m M m Jahre 1960 der erste Vollstau Umlaufstollen Zugangsstollen j un ae g 3 7 f ae 220 u 4 too 8 Verbindung T E stollen 20 Ce A BES 2069 III Wa EA SEE er II SN s LI Sf IE Druckstollen INT Kronenl nge 759 m 5 10 15 20 25 30 2165 Block 14 Abb 11 2 Situation seeseitige Ansicht und Querprofil der Staumauer Albigna Die Gr ndungsfl che folgt weitgehend der nat rlichen Felsoberfl che die in Talmitte und an beiden Talschultern rundh ckerartige Verflachungen zeigt Abb 11 3 In Tall ngsrichtung ist der mittlere Teil buckelartig geneigt Vor dem Betonieren wurden lokal Lockergesteins schichten verwitterte Bereiche und eingeschwemmtes Material entfernt sowie die Abfluss rinnen gereinigt Im westlichen Widerlagerbereich glich man die Fundamentsohle nach Ab trag einer stark zerlegten Felspartie aus Weiter wurden ber d e ganze Mauerl nge wasser und luftseitig zwei bis 4 m tiefe Fundamentschlitze ausgehoben total 30 000 m Aushub Die bautechnischen Massnahmen umfassen Tiefen und Kontaktinjektionen sowie Drainagen Zur Abdichtung f hrte man drei Reihen Tiefeninjektionen von maximal 120 m Tiefe aus de 162 11 Staumauer Albigna Y ai Bi aD N spif Mir A aS in pagia mapara ah c
90. im Gr ndungsk rper tra ten in der Regel bis 5 Jahre nach dem Ersteinstau solche infolge berflutung auch sp ter auf Viele Versagen stellten sich 6 72 h nach Erreichen der maximalen Seekote ein wo bei man vorher oftmals eine st rkere Durchsickerung beobachtete e Ursache Bei Staumauern kam es n 53 der F lle zu einem Versagen m Gr ndungs k rper USA 75 In 29 25 war die Schadensursache ein berstr men der Krone In 81 von 110 schweren Schadensf llen handelte es sich um eine normale Einstau in 13 resp 3 um eine ausserordentliche Einwirkung Hochwasser resp Erdbeben Eine Ausnahme bildet seit 1994 das nordamerikanische National Performance of Dams Program um talsperrenbezogene Informationen nach vorgegebenen Kriterien zu sammeln und zu verbreiten 4 12 4 3 Versagensmechanismen 49 e Auswirkung Ein Versagen l uft bei Staumauern viel rascher als bei Staud mmen so dass an eine Evakuation der Unterlieger kaum mehr zu denken ist e Wissenszunahme Die zum technischen Fortschritt parallel laufende Verminderung der H ufigkeit belegen folgende Zahlen Anfangs des 20 Jahrhunderts versagte im Durch schnitt jede f nfundzwanzigste Staumauer ab 1950 rund jede zweihunderfiinfzigste Fr her galt die Gr ndung einer Staumauer auf Fels als bestm gliche L sung 4 21 Dem zufolge wurde einem denkbaren Versagen dieses scheinbar festen Tragwerksteils kaum Aufmerksamkeit geschenkt Der R ckschlag in M
91. im luftseitigen Gel nde bestimmte Formen resp urspr ngliche Kontaktfl chen identifiziert werden Einzelne K rper haben eine Gr sse von dm bis m Felsmechanische Labor oder Feldversuche an Trennfl chen sind keine dokumentiert Nur in der Kontaktfuge zwischen Mauerbeton und Felsunterlage wurden einige Baustellen Versuche zur Bestimmung der Haftfestigkeit durchgef hrt Auch zur richtungsabh ngigen Durch lassigkeit von Trennfl chen resp derjenigen ihrer F llung existieren keinerlei Unterlagen Einziger Hinweis sind Wasserabpressversuche die starke lokale Unterschiede belegen 11 5 Modell des Untergrundes Im konkreten Fall der Staumauer Albigna gibt es keine Anhaltspunkte f r ein fr heres Modell des Untergrundes Das neu entwickelte Modell bas ert auf der Beschreibung des Untergrun des und fasst Bereiche mit vergleichbaren felsmechanisch hydraulischen Eigenschaften n Abh ngigkeit von Topographie und Sperrenk rper zusammen 11 4 Eine Aufarbeitung do kumentierter Berechnungsmodelle f r die Felsfundation insbesondere die Pr fung der Evi denz darin getroffener Annahmen ergab dass zwischen den Idealisierungen der Berech nungsmodelle und dem vorliegenden Modell des Untergrundes wenig bereinstimmung be steht Die Begr ndung liegt m fr her l ckenhaften Kenntnisstand ber die Beschaffenheit des Untergrundes 11 5 1 bersicht Die r umliche Ausdehnung des Modells und seine Gliederung in sieben Teilmodell
92. in je einem An resp Ein schnitt zu betonieren S e sind damit auf gr ssere Distanz kaum mehr zu erkennen so dass die nat rliche Sch nheit der Landschaft nur geringf gig beeintr chtigt wird e Abtrag Auflockerungserscheinungen nahe der Baugruben k nnen durch ein schonendes L sen des Gebirges vermindert werden Einsatz von Hydraulikhammer Teilschnittmaschi ne etc e Anker Der stark erschwerten Zug nglichkeit der steilen Talflanken wird Rechnung getra gen indem allenfalls erforderlich vollverm rtelte Anker ohne Ankerplatte zur Stabilisie rung einzelner potentieller Bruchk rper von der Gr ndungsfl che aus erstellt werden F r die Aufnahme der Zugkr fte am Ende der Br ckenausleger sind korrosionsfeste Vorspann anker vorzusehen wovon ein bestimmter Prozentsatz berpr fbar sein muss e Nachstellm glichkeit Im Hinblick auf m gliche Setzungen sind bei der konstruktiven Durchbildung Ansetzpunkte f r Kompensationselemente Freyssinet Druckkissen und nachstellbare Lager einzuplanen e berwachung Die beidseitige Installation eines pr zisen Messinstrumentes zur Erfassung der Kurz und Langzeitverformungen im Untergrund ist vor dem Bau einzuplanen 13 6 Schlussfolgerungen Der augenf llige Entwurf der neuen Br cke Pianello setzt eine umsichtige Durchbildung ihrer Fundation voraus Die Grundidee der schlanken Verbundkonstruktion besteht darin dass Br cke und Felsfundament eine strukturelle Einheit bilden die si
93. ist dabei s mtliche Risiken vorg ngig zu erkennen und die Sicherheitszuschlage abgestimmt auf w A und die Zuverl ssigkeit der Bemessungsmethode zu w hlen Eine besondere Schwierigkeit bietet die Beherrschung aus serordentlicher Ereignisse F r sie ist der Nachweis einer ausreichenden Sicherheit f r die am Standort gr sstm glichen Ereignisse zu erbringen deren Absch tzung oft Probleme stellt Extremereignisse m ssen allerdings nicht schadensfrei berstanden werden Die Sch den d r fen sogar massiv sein solange bei Vollstau kein Versagen eintritt Alle Neu und Erweite rungsprojekte von Stauanlagen m ssen deshalb im Hinblick auf die Sicherheit von der Auf s chtsbeh rde genehmigt werden Sie kann auch einen gesonderten Nachweis f r bestehende Bauwerke fordern 2 4 Die konstruktive Sicherheit muss aufrechterhalten und bei Erneue rungs oder Sanierungsarbeiten Umbauten Betriebs nderungen bei Auftreten neuer Lastf lle oder ernsthafter Besch digung des Bauwerkes neu berpr ft werden berwachung Ein drohender Schaden muss fr hzeitig erkannt werden 2 7 Nur unter dieser Vorausset zung kann man rechtzeitig die notwendigen Massnahmen zur Wiederherstellung der erforder lichen Sicherheit Unterhalt Umbau etc oder zur Schadensbegrenzung ergreifen Die ber wachung setzt die Einrichtung einer straffen in der Schweiz vierstufigen Organisation voraus Betreiber Fachmann Experte und unabh ngige staatliche Auf
94. ist nun vom Ober zum Unterwasser gerichtet Wie rasch sich der Bergwasserdruck einem ver nderten Wasserspiegel im Stausee anpasst h ngt u a von der Beschaffenheit des Gr ndungsk r pers und des Staubeckens ab Eine Sedimentschicht aus S lt kann z B einen Druckaus gleich so stark verz gern dass bei einem tempor ren berstau infolge Hochwasser kein Druckanstieg m Felsfundament ber cksichtigt werden muss Andererseits kann sich n den B schungen des Staubeckens hinter talparallelen steilstehenden St rungen geringer Durch lassigkeit ein ung nstiger Bergwasserdruck einstellen wenn der Seestand abf llt oder der Bergwasserspiegel durch langanhaltende Regenf lle ansteigt Eisbildung beeintr chtigt manchmal die Wirkung von Drainagen oder die Ausbildung von Sickerfl chen luftseitig des Mauerfundaments Der Begriff wird 1 a nicht nur f r den archimedischen Auftrieb sondern ebenso f r den Porenwasserdruck im Sperren k rper den Sohlwasserdruck in der Gr ndungsfl che und den Kluftwasserdruck im Untergrund verwendet 6 43 Die Fragestellung ob der Auftrieb in einem durchl ssigen K rper abgemindert werden m sse hat TERZAGHI LELIAVS KY HARZA und andere mit z T tragischem Ausgang lange bewegt 6 44 In der Schweiz unterscheidet man zwischen dem Bemessungshochwasser aussergew hnliches Ereignis alle 1 000 Jahre und dem Sicherheitshochwasser extremes Ereignis mit einer Wiederkehrperiode von n 1 000 Jahren PMF Prob
95. llung ber Zehnermeter und sind die R nder verwittert so ist mit tieferen Festigkeitswerten zu rechnen 7 37 110 7 Festigkeit e Magmatische Gesteine Schichtfugen Decken und Zwischenschichten weisen ein hohe Kontinuit t auf Ihre Scherfestigkeit kann je nach Zusammensetzung stark variieren e Sedimentgesteine Je nach Entstehungsgeschichte entstehen auf Schichtfl chen Strukturen kleinerer oder gr sserer Rauhigkeit Ungleichm ssigkeiten des Absetzungsvorganges un terseeische Rutschungen Setzungen Schwindrisse etc schaffen h ufig weitere Unstetig keiten in den Schichtfugen die manchmal einer feinen Verzahnung gleichkommen 7 38 Angesichts hrer Erstreckung empfiehlt sich eine sorgf ltige Erhebung der Scherparameter e Metamorphe Gesteine Geschlossenen Schieferungsfugen k nnen je nach Aufbau sehr unterschiedliche Festigkeitswerte zeigen Sie m ssen von Fall zu Fall erhoben werden Fl chengef ge Die Eigenschaften des Fl chengef ges k nnen die Festigkeit folgendermassen beeinflussen e Form In der Literatur finden s ch keine Angaben zur Festigkeit gekr mmter Trennfl chen e Erstreckung Je geringer die r umliche Erstreckung von Trennfl chen desto h ufiger kom men Materialbrucken vor e Ebenheit Die verzahnten grossmassstablichen Unregelm ssigkeiten werden bei kleinen Normalspannungen nicht abgeschert sondern bewirken rein geometrisch eine Bruchk r perbewegung normal zur mittleren Trennflachenebene 7 39
96. m 1 290 m Volumen 21 817 m 11 955 m Die Frage ob und unter welchen Bedingungen einer der beiden Bruchk rper unter der Ein wirkung der Br ckenfundamentlast instabil werden k nnte l sst sich nur durch statische Be rechnungen beantworten Als Bruchmechanismus steht eine Translation entlang den Kluft scharenebenen im Vordergrund Der Fall eines Abl sens wird nicht speziell untersucht 206 13 Br cke Pianello Um die Kinetik zu untersuchen muss man sich mit den Einwirkungen n her auseinander setzen Zwei F lle sind hierbei zu unterscheiden R ckrechnung eines effektiven und Berechnung eines potentiellen Bruchk rpers Im ersten Fall sucht man die Scherfes tigkeitsparameter anhand eines identifizierten Ereig nisses einzugrenzen um sie im zweiten Fall fiir die beiden Bruchk rper anzuwenden A Fr 13 4 3 Berechnungen R ckrechnung eines effektiven Bruchk rpers Die in der Felsb schung erkennbaren Spuren fr herer Instabilit ten lassen keinen Schluss auf die urspr ng lichen Ausl ser zu Als Ursachen f r die berwin dung des Scherwiderstandes n der Kontaktfl che der effektiven Bruchk rper kommen neben zu hohen Einwirkungen z B Eigengewicht Wasserdruck Erd G bebenlast auch eine Verminderung der Scherfestig keit eine lokale nderung der Geometrie der Fels oberfl che Prallhang oder eine Kombination ver Abb 13 14 Einwirkungen auf den schiedener Faktoren in Frage effektiven Bruch
97. m Fall B weist auf einen bescheide nen Einfluss der Reibung hin e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkraft Ux2 Wenn man eine Wasserkraft Ux 1 505 MN entsprechend einem mittleren Druck von 570 kN m Vollstau im ober wasserseitigen Zugriss aufbringt so verschlechtert sich die Stabilit t des potentiellen Bruchk rpers Abb 14 16 Us Ux 0 Bei einem angenommenen Reibungswinkel von y 45 sinkt beispielsweise der Sicherheitsfaktor gegen Abgleiten f r c 0 kN m von 1 0 auf 0 65 f r c 600 kN m von 4 1 auf 3 3 Eine Koh sion von c 200 kN m ge n gt damit der Sicherheitsfaktor f r jedes gt 15 ber 1 0 bei 400 kN m ber 1 9 liegt e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkr fte Ux In Abbildung 14 16 ist auch der Verlauf des Sicherheitsfaktors f r einen unterschiedlich angesetzten Auftrieb in S und Ky festgehalten Der mittlere Wasserdruck m oberwasserseitigen Zugriss betr gt wiederum 570 kN m Mit steigendem Auftrieb sinkt der Sicherheitsfaktor wobei sich der Einfluss mit zunehmendem Reibungswinkel verst rkt Zur Verdeutlichung hat man in Abbildung 14 17 den Reibungswinkel mit g 25 konstant gehalten und den Auftrieb in S und K f r f nf Koh sionen variiert Der Wert 100 Auftrieb steht f r einen mittleren Wasserdruck von 570 kN m Er stellt den vollkommen undrainierten Zustand dar bei 226 14 Staumauer Valle di Lei a Abb 14 16 Abh ngigkeit
98. man in eine Horizontalebene f hrte die Schnittlinie als Begrenzungslinie ein und konstruierte mit AutoBlock ein Volumenmodell der Unterschneidung Dieses sollte n seiner urspr ngli chen Lage als Negativ zur berh ngenden Felsoberfl che dienen Auch der Tunnel wurde mit dem Solid Modeler als auszuhebender Bauwerksk rper modelliert AutoBlock extrudierte darauf das Oberfl chennetz konstruierte das zugeh rige Volumenmodell und entfernte mit Hilfe Bool scher Operatoren die Volumenmodelle von Tunnel und Negativ brig blieb ein digitales Gel ndemodell mit Einschnitten einer Unterschneidung und einem unterirdischen Hohlraum Der Grad der bereinstimmung l sst sich Abbildung 12 14 entnehmen Im Ver gleich zur Realit t erscheint das Modell holzschnittartig und weicht lokal von den Verh ltnis sen vor Ort ab Die Genauigkeit gen gt jedoch um potentielle Bruchk rper von mehreren Kubikmetern Volumen zu untersuchen Das Resultat vermag angesichts der G te der Aus gangsdaten nicht zu erstaunen Es l sst sich durch das Einf hren von Bruchlinien steigern die bei der Datenberechnung eine Generierung der Netzdreiecke entlang definierter Kanten er zwingen Abb 12 13 Verbessert man die Datenerfassung weiter z B mittels Laserscanner so ist bei der Wiedergabetreue eine Qualit tssteigerung zum Preis einer h heren Datenmenge zu erzielen Die Konstruktion eines feinmaschigen Netzes aus rund 2000 Dreiecken f hrte zu einem DTM File von 45
99. mit der Tiefe zu und ist gleich dem y fachen der Tiefe z unter dem freien Wasserspiegel u z Das Raumgewicht von sauberem Was ser betr gt 10 kN m jenes einer Suspension mit Sedimenten 10 5 11 kN m 6 4 Die hy drostatische Druckkraft U auf eine feste undurchl ssige Fl che ergibt s ch als Produkt aus dem Druck u und der Gr sse F dieser Fl che Da jedoch der Druck mit der Wassertiefe veran derlich und zudem entscheidend ist ob er auf eine ebene oder eine gekr mmte Fl che wirkt bedarf die Bestimmung der hydrostatischen Druckkraft in jedem Fall einer gesonderten Be trachtung Bei einer ebenen Fl che und einem gleichm ssig nicht hydrostatisch verteilten Wasserdruck u greift U im Schwerpunkt der Druckfl che an und berechnet sich zuU F Un Um Druck im Schwerpunkt Sie steht stets senkrecht auf der Belastungsflache da das Wasser keine Schubkr fte auf die Wand bertragen kann 6 42 88 6 Einwirkungen Der Auftrieb A eines in Wasser eingetauchten K rpers bezeichnet eine der Schwerkraft ent gegenwirkende Kraft Ihr Betrag entspricht dem Gewicht des durch den K rper verdr ngten Wasservolumens V ohne Abminderung ASV m In por sen Medien bt das Sickerwasser eine Kraft aus deren Wirkungsrichtung der Fliess richtung entspricht Diese Str mungskraft S wird von Potentialdifferenzen ausgel st und er rechnet sich zu V i Injektionen Drainagen und lokale Durchlassigkeitsanderungen als Folge der Fu
100. ndemodell kritische Felsbereiche zu erkennen und sei ne Untersuchungen auf solche zu konzentrieren Gleichzeitig lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Annahmen bei der schwierigen parametrischen Erfassung des Felsgef ges und deren Umsetzung in ein Bruchk rpermodell absch tzen AutoBlock wurde in enger Zu sammenarbeit zwischen Hochschule und Privatwirtschaft n englischer Sprache entwickelt 10 1 10 2 Es baut auf dem in Ingenieurb ros weitverbreiteten Programms AutoCAD auf einem Computer Aided Design Programm der Firma Autodesk Nachfolgend wird AutoBlock hinsichtlich seiner Gliederung und Merkmale kurz beschrieben Einleitende Erl uterungen zum digitalen Gel ndemodell dem Ausgangspunkt f r solche Untersuchungen und zum Solid Modeling sowie abschliessende Hinweise zum Potential f r zuk nftige Weiterentwicklungen umrahmen die Ausf hrungen F r weitergehende Aus f hrungen sei auf das rund einhundertseitige Manual und die ausf hrliche Dokumentation auf der Internetseite des Instituts f r Geotechnik der ETH Z rich verwiesen www igt ethz ch 10 1 Grundlagen 10 1 1 Digitales Gel ndemodell Unter einem digitalen Oberfl chenmodell wird eine Anzahl von Werten z als Funktionen ihrer Lagekoordinaten x und y verstanden d e eine Oberfl che punktweise beschreiben Handelt es sich bei z z x y um H henangaben f r Punkte auf der Gel ndeoberfl che wird das Modell als digitales Gel ndemodell engl Digi
101. on Rock Mech Minneapolis 14 14 RICKENBACHER M 1998 Die digitale Modellierung des Hochgebirges im DHM25 des Bundesam tes f r Landestopographie Wiener Schriften zur Geographie und Kartographie Band 11 Wien 14 15 ABDERHALDEN H 2001 Programmeinf hrung AutoCAD Land Development Desktop Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht 14 16 ALONSO E CAROL I DELAHAYE C GENS A PRAT P 1996 Evaluation of safety factors in discontinuous rock Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 33 5 15 Fazit 15 1 KOVARI K 1987 Rock foundations and slopes In Proc 6 Int Cong on Rock Mech vol III Theme IT Montr al 15 2 PURER E K 2001 Die Rolle der Felsmechanik beim Bau und Betrieb grosser Wasserkraftanlagen Felsbau 19 5 15 3 ICOLD 1987 Dam safety guidelines Bulletin 59 Paris
102. potentielle Bruchk rper kinematisch m glich Andernfalls bleibt der Felsk rper in Ruhe Die kinematischen Betrachtungen beschr nken sich auf m gli che Bruchmechanismen geben also keine Auskunft ber einen spezifischen Bruchmechanis mus Dennoch bildet die Kenntnis ber m gliche Mechanismen bei der kinetischen Analyse eine wichtige Voraussetzung f r die Wahl einer geeigneten Untersuchungsmethode Zur Lage nderung z hlt man die Translation die Rotation und die Kreiselung Wir beschr n ken uns hier auf die Translation d h eine Bewegung bei welcher der Verbindungsvektor m Abb 5 1 zwischen der End und Anfangslage eines beliebigen Punktes im K rper betrags und richtungsm ssig konstant bleibt 5 1 Auf die Rotation und die Kreiselung wird in bereinstimmung mit den Erkenntnissen in Kapitel 4 3 2 nicht eingegangen Bruchmecha nismen wie Kippen Absacken Knicken Beulen Abb 5 19 oder ein Gleiten entlang kreisf rmiger Kontaktflichen bilden somit nicht Gegenstand der weiteren Ausf hrungen Bei der Bewegung bleiben zwei Punkte Rotation resp ein Punkt Kreiselung des starren K rpers f r alle Zeiten fest Die Vorstellung eines kippenden Bruchk rpers scheint gar weit hergeholt 5 28 5 29 5 30 5 31 So muss nicht nur seine Form sehr speziell sein 5 32 5 33 es bedarf auch einer fixen Kippachse sowie einer Resultierenden die ausser halb der Kontaktfl che angreift 5 17 Trotzdem ist stets zu pr fen ob
103. r ch an einer Pr sentation f r die STK Arbeitsgruppe f r Nachrechnung an SGBF ICOLD und ISRM Tagungen in Z rich 10 12 Seoul 10 20 und Kyoto 10 17 und sei tens der Bauingenieurstudenten der ETH Z rich belegen das Potential des Programms 10 3 Vorgehen Eine Stabilit tsuntersuchung mit AutoBlock gliedert sich in drei Teile 1 Vorbereitung a Formulierung der Zielsetzung samt Ausgangslage Abgrenzung und Vorgehensweise b Digitalisierung der Felsoberfl che mit einer der Projektphase und Aufgabenstellung an gepassten Genauigkeit inkl Berechnung des Oberfl chennetzes der Felsoberfl che c Konstruktion der Bauwerksk rper als Volumenmodell d Auflisten der Kennwerte f r die Trennfl chengeometrie Festigkeits und Lastgr ssen 2 Berechnung Das Flussdiagramm in Abbildung 10 15 fasst in groben Z gen das Vorgehen bei einem Berechnungsgang zusammen Die Verbindungspfeile kennzeichnen die im Re gelfall vorhandene Verkn pfung und zeitliche Folge der Arbeiten Die R ckkopplungen zur berarbeitung einzelner Berechnungsschritte sind im Diagramm ebenfalls enthalten 3 Interpretation Eine Deutung der Berechnungsresultate bedingt einen vorg ngigen Ver gleich der eingef hrten Idealisierungen mit den nat rlichen Gegebenheiten vor Ort Dabei wird jede Annahme f r das statische System die Festigkeits und die Lastgr ssen kritisch hinterfragt resp das Ersonnene dem Direkt Wahrnehmbaren gegen bergestellt
104. r Trennfl chen She Trennfl chen char A SS schar B ro te Wh Abb 4 2 Gegen berstellung zwischen beobachtbaren Fakten links und idealisiertem Abbild rechts In der Matrix sind drei Trennfl chenscharen A C zu erkennen Die Schar A in Bildmitte ist mar kant ausgebildet w hrend die Schar B aufgrund ihrer kurzen Erstreckung von untergeordneter Bedeutung ist Die Schar C setzt an der Schar A ab m gliche Gegebenheit dar ohne Anspruch auf vollst ndige bereinstimmung mit der Wirk lichkeit Damit das Tragwerk die ihm zugedachten Zwecke erf llt ist bei dessen konstruktiven Durch bildung eine ausreichende Sicherheit gegen Versagen Tragf higkeit und ein zufriedenstel lendes Verhalten im Gebrauchszustand nachzuweisen Gebrauchstauglichkeit Wie in Kap tel 2 5 dargelegt gr ndet das Schaffen von Sicherheit gegen das Eintreten be stimmter Ereignisse auf dem Erkennen von Gef hrdungsbildern Sie entstammen dem Denken st tzen sich aber auf die erfahrbare Wirklichkeit Sie zeigen eine Vorstellung die nach urs chlicher Erkl rung und qualitativen Wertung verlangt Objektiv unbekannte und subjektiv unerkannte Gefahren stellen demzufolge eine Bedrohung f r das Tragwerk dar 4 11 Erstere sind nach dem jeweiligen Stand von Wissenschaft und Technik vorderhand nicht bekannt letztere nach dem Erkenntnis und Wissensstand des Einzelnen nicht erkannt Dem konstruktiven Normenwerk liegt die Vorstellung
105. s d stlich von Napoli IT Das eng be baute Dorf Abb 13 1 wird n rdlich und stlich vom Rescio umflossen der gegen S den hin am Fuss der Ortschaft in eine fruchtbare Ebene entw ssert Durch seine erodierende Wir kung bildete sich ein rund 100 m tiefes Tal das den Weg zum stlich gelegenen Capodigiano versperrt Heute berwinden zwei Bauwerke das nat rliche Hindernis Die R mer und die Bogenbr cke Abb 13 3 Die geplante Br cke begradigt den serpentinenf rmigen Verlauf der bestehenden Strasse auf einer h her gelegenen Kote 200 13 Br cke Pianello 0 50 100m ae Muro Lucano en Rescio 4 Vin Zn So J fy ye Saumweg yy ee 7 Tray a l O Sf a Br d L 1 58 A i j f d es as h w y a bh EN N x ER N J Neue Bricke hr ai J L tet _ SS ee ee 7 i Rechte Talflanke Linke Talflanke Abb 13 5 Das Untersuchungsgebiet nahe Muro Lucano mit dreifachem Briickenschlag ber den Rescio Das schwer zug ngliche Untersuchungsgebiet grenzt direkt an die Ortschaft Auf der rechten Talflanke Seite Muro Lucano ruht das Briickenwiderlager im oberen Teil der Boschung Abb 13 6 auf der linken Seite Capodigiano griindet das Bauwerk auf einem Sporn 13 3 Gesicherte Erkenntnisse 13 3 1 Topographie Die rechte Talflanke weist eine gestreckte die linke eine konvexe Plan und Profilkurvatur auf Sporn Die rec
106. sehen wir ein Diagramm f r die vier Gr ssen potentieller Bruchk rper Sicherheitsfaktor Wasserdruck u und Bewegungsmechanismus Die Variation des mittleren Wasserdrucks erfolgte in Schritten von 20 kN m und endete bei 220 kN m Bruchk rper A bzw 140 kN m B wobei der Sicherheitsfaktor zwischen 1 11 und O A 0 wegen Abheben resp 1 93 und 0 82 B liegt Beim Bruchk rper A entf llt ab einem Wasserdruck von 140 kN m die sta bilisierende Wirkung beim Abgleiten auf zwei Ebenen Die Translation erfolgt nun auf ei ner Ebene und ndert mit zunehmendem Wasserdruck die Gleitrichtung von 235 51 nach 244 42 bis Abheben eintritt Es ist offenkundig dass der in den Kontaktfl chen wirken de Wasserdruck den Betrag des Sicherheitsfaktors massgeblich bestimmt So gen gt beim Bruchk rper A bereits ein mittlerer Wasserdruck von knapp ber 20 kN m dass die Si cherheit unter 1 0 f llt 13 4 Bruchk rperanalyse 209 Gleiten auf K1 K2 Gleiten auf K2 2 0 u Bruchk rper B IE 5 1 5 xX iS 2 Bruchk rper A m 1 0 m C amp ce iS R dp 0 5 amp Abheben amp 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Mittlerer Wasserdruck u KN m Abb 13 17 Einfluss des mittleren Wasserdrucks u auf den Sicherheitsfaktor und den Bewegungsmechanis mus Ein Wasserdruck von 10 kN m entspricht 1 m Wassers ule Eigengewicht G Fundamentlast F Horizontale Erdbebe
107. seismisch inaktiven Ge bieten beobachtet worden Meist traten sie nahe Verwerfungen auf h uften sich beim Ersteinstau und klangen sp ter ab Die st rksten Erdst sse ereigneten sich oft nach einem raschen Seespiegelanstieg 6 7 Displacement of a fault running through the foundation is likely to result in severe damage or even collapse of dam There are at least two dams the Morris Dam in California and the Clyde Dam in New Zealand in which the plane of an underlying fault has been extended through the entire dam section in the form of a sliding joint 6 6 Dazu gehoren z B die 103 m hohe Gewichtsmauer Koyna IN und die 113 m hohe Bogenmauer Pacoima US die 1967 resp 1971 von einem Erdbeben mit M 6 5 bzw 6 6 betroffen wurden 6 14 82 6 Einwirkungen Tab 6 2 Physikalische Messgr ssen von Erdbeben mit einer Herdtiefe von 15 km die auf weltweit beo bachteten und gemittelten Daten beruhen Die Parameter der Bodenbewegung sind als Maximal betr ge aufzufassen und spiegeln nur n herungsweise die wirklichen Verh ltnisse wieder 6 8 St rke Bodenbewegung Auswirkungen Erdbeben M Energie a V d Epizentral Intensitat und Klasse ML
108. sind folgende Definitionen blich 8 2 e R gt yc E yc Globalsicherheitsfaktor Abb 8 1 e yr R gt yr E yr Widerstandsfaktor yz Lastfaktor Teilsicherheitsfaktoren e R E gt y ya Sicherheitsabstand Abb 8 1 Die geforderte Reserve ist jeweils eine andere 8 1 Unsicherheiten Jeder Schritt bei der Modellierung Kap 2 6 enth lt ein gewisses Mass an Unscharfe das sich aus den Abweichungen der Annahmen von der Wirklichkeit ergibt Solche entstehen bei den Kennwerten und bei den Modellen Parameterunsicherheit Die Schwierigkeiten bei der Erhebung zutreffender Kennwerte f r die Untergrundeigen schaften und die Einwirkungen wurden bereits erw hnt Die damit verbundene Ungewissheit findet hren Ausdruck auf drei Arten Durch statistisch gegebene Variabilit t durch statis tisch nicht gegebene Variabilit t sowie durch Unkenntnis die beiden Letzten k nnen formal kaum behandelt werden 8 3 Bei den statistisch erfassbaren Kenngr ssen resultiert die Da Menschliches Versagen in Form von Nachl ssigkeiten wie vergessene Lastf lle Irrt mern z B Fehlinterpretationen oder Fehlhandlungen Eingabefehler falsch angewendete Rechenregeln fehlende berpr fungen etc f hrt ebenfalls zu Falschaussagen Sein Mass l sst sich jedoch nicht qualifiziert ausdr cken und damit auch durch keinen Sicherheitszu schlag abdecken Es kann nur durch qualit tssichernde Massnahmen verringert werden Beispiel Die statistische Verteil
109. sofern die Mauer solche Verformungen berhaupt aufnehmen kann Bei grossem Unterschied zwischen H chst und Restfestigkeit ist ein pl tzlicher Spr dbruch denkbar so dass selbst geringf gige Verschiebungen zu einem bedeutenden Festigkeitsverlust f hren 7 52 In solchen F llen sollte man eher die Restfestigkeits als die H chstwerte verwenden um die ung nstigsten Annahmen bez glich Festigkeit zu treffen Die Fachwelt ist sich selbst uneins ob H chst oder Restfestigkeitswerte angesetzt werden sollen Einige weigern s ch Restwerte berhaupt zu betrachten da zu konservativ andere benutzen solche nur f r ausserordentliche Einwirkungen wie Erdbeben und wieder andere lassen niedrigere Sicherheitsfaktoren zu wenn man die Restfestigkeit ansetzt Es bleibt somit der Erfahrung und dem Urteilsverm gen des einzelnen Fachmanns berlassen eine gute Sch tzung f r die Scherparameter durchzuf hren Hinweise f r eine Absch tzung der Scherparameter liefert 7 10 Eine m gliche nderung der Scherparameter mit der Zeit infolge Rissausbreitung unter zyklischer Belastung Verwitterung Aufweichen der F llung L sungsvorg nge etc ist in die berlegungen miteinzubeziehen HOEK amp LONDE 7 54 empfehlen denn auch f r Staumauergr ndungen den Restreibungswinkel ohne Koh sion zu verwenden weil dieser keinem Massstabseffekt unterliegt und direkt in Laborver suchen bestimmt werden kann 7 3 Scherparameter 115 7 3 3 R ckrechnung
110. stets l ckenhaft und mit erheblichen Unsicherheiten behaftet Die Gel ndeform stellt demnach das zuf llige Resultat einer langen geologischen Vorgeschichte die Mauerform die zweckm ssige L sung einer konstruktiven Aufgabe dar Trennfl chen planes of weakness und Gesteinsgrenzen geh ren zu den Diskontinuit ten 3 4 die begrifflich nicht einfach zu fassen sind In der Literatur existieren denn auch verschiedene Definitionen f r Diskontinuit t 3 5 3 1 Form und Gef ge 27 3 1 1 Mauerform Der Formenreichtum vorhandener Staumauern ist betr chtlich Im Grundriss s nd gerade polygonal geknickte oder gekr mmte Kronenachsen ebenso verbreitet w e Ein Zwei Mehr fach oder Korbbogen elliptische und parabolische Bogen sowie logar thmische Spiralen Die Mauerdicke kann sowohl im Horizontalschnitt ber die Kronenl nge variieren als auch in vertikaler Richtung zur Krone hin abnehmen Neben vertikalen Querschnitten mit lotrechter resp leicht geneigter Seeseite gibt es auch geneigte gekr mmte oder unterteilte 3 7 Die Gewichtsmauern Tab 3 1 mit ihrer charakteristischen Blockstruktur besitzen einen an n hernd dreiecksf rmigen Querschnitt mit senkrechter Seeseite Die Pfeilermauern stellen eine Weiterentwicklung der Hohlpfeilermauer dar so dass zwei Bauwerkselemente mit unter schiedlichen Funktionen entstanden Eine Reihe meist gleichartiger in der Regel gleich weit voneinander entfernter Pfeiler gegen die sich
111. von 141 m und eine Kronenl nge von 642 m auf L H 4 55 Die Dicke betr gt rund 28 10 m Fuss bzw 15 m Krone Sta tisch h tte eine Kronenbreite von 7 m ausgereicht doch sprachen milit rische Gr nde dage gen Die Fugen in 12 m Abstand wurden mit Beton verf llt und aus nj z ert 14 9 Im Osten befindet sich in der Verl ngerung der Mauerachse eine 30 m lange Kernmauer im Westen eine Hochwasserentlastung Der Stauspiegel schwankt zwischen 1830 m Senkungsziel und 1931 m M Stauziel Der erste Vollstau erfolgte im Herbst 1962 Die Gr ndungsfl che folgt weitgehend der nat rlichen Felsoberfl che Auf der linken Wider lagerseite musste die Mauer wegen starker Auflockerung tiefer fundiert werden Die bautechnischen Massnahmen umfassen Tiefen und Kontaktinjektionen sowie Drainagen Zur Abdichtung f hrte man um 1960 Tiefeninjektionen von rund 75 m L nge aus Die Boh rungen wurden in einer Reihe mit 2 5 m Abstand abgeteuft und im Durchschnitt mit 92 kg Zement pro Laufmeter verpresst 14 10 Die Kontaktinjektionen sind maximal 30 m die f cherf rmig angeordneten Drainagebohrungen bis ca 70 m lang Die unterirdischen Hohlr ume umfassen einen Umlaufstollen Grundablass einen berleit sowie einen Druckstollen alle im linken Widerlager Abb 14 2 In der rechten Talflanke stellt ein Strassentunnel oberhalb der Mauerkrone den Zugang zur Stauanlage sicher 216 14 Staumauer Valle di Lei 14 2 Vorgeschichte Das in der
112. von Trennfl chen werden durch lokale Punktkonzentra tionen sichtbar Abb 3 7 c F r statistisch gesicherte Angaben sind je nach Rege lungsgrad ca 60 300 Messpunkte notwendig Zur anschaulichen Darstellung der mitt leren Raumstellung mehrerer Scharen wird auch eine Trennfl che pro Schar in einem W rfel mit Parallelprojektion eingezeichnet Drei Trennfl chenscharen Kluftk rper Gedankliche Abgrenzung eines parallelfl chigen Gesteinsk rpers unter der Annahme mind dreier voll durchtrennter ebener Fl chenpaare mit einer mittleren Raumstellung und einem durchschnittlichen Abstand Abb 3 9 Die Gr sse wird abgesch tzt die Form mit Adjektiven umschrieben z B plattig prismatisch kubisch Beobachtungen an Aufschl ssen zeigen dass ein Abl sen solcher Kluftk rper eher die Ausnahme als die Regel darstellt Der Grund liegt v a im Vorhandensein von Materialbr cken Die Vorstellung eines Kluftk rpers ist folglich mit so vielen Annahmen verkn pft dass sie strikte von derjenigen eines instabilen Felsk rpers zu trennen ist ber Material lappung br cke Abstand nn I ET ee EEE A Abb 3 8 Abstand berlappung und Materialbr cken Abb 3 9 Drei Trennfl chenscharen de l nge bei einer Trennfl chenschar finieren einen Kluftk rper 34 3 Beschreibung 3 1 4 Korngef ge Die Felsmatrix besteht aus Gestein das sich durch die darin vorkommenden Mine rale
113. weitestgehend auf die systematische Bearbei tung sachdienlicher Dokumente detaillierte geologische Erhebungen und Erkundungen in situ Es beschr nkt sich simplifizierend auf wenige im Hinblick auf die Stabilit t und Sicker str mungsverh ltnisse wesentliche Gesteins und Trennfl chenarten Sein Aufbau ist symmet risch und gliedert sich in sieben Teilmodelle deren Merkmale tabellar sch und graphisch fest gehalten sind Das m Nachhinein ungleich differenziertere Bild des Felsuntergrundes stellt f r die sp tere Untersuchung spezifischer Fragestellungen eine wertvolle Grundlage dar Zu dem erleichtert das eingef hrte Begriffsgef ge die Aufnahme k nftiger Beobachtungen und Erkenntnisse 12 Felsboschung Bristenstrasse Die Bristenstrasse zwischen Amsteg und St Antoni Abb 12 1 wurde im Laufe der vergan genen Jahrzehnte wiederholt durch Felsst rze versch ttet Nach dem letzten bedeutenden Ab bruch im Januar 1995 und der Wiederherstellung der Strasse leitete der Kanton Uri eine um fassende felsmechanische Untersuchung ein um die Sicherheit gegen instabile Felsk rper nach eindeutigen Kriterien zu beurteilen und geeignete Massnahmen zu definieren Bei Felsb schungen mit solch grosser Ausdehnung treten naturgem ss vielfaltige Ph nomene auf die den berblick erschweren Einer streng systematischen Vorgehensweise kommt des halb eine hohe Bedeutung zu Sie liefert wichtige Grundlagen zum Sicherungskonzept noch bevor spezifische F
114. wird Die Statusleisten Hilfe besteht aus Kurzbeschreibungen die an besagtem Ort er scheinen sobald ein Men punkt angew hlt wird Die Tooltip Hilfe kommt automa tisch bei Wahl des zugeh rigen Men punkts zum Vorschein Die im Windows Stan dard mit RoboHelp kombiniert WinHelp HTML Help und Help Dokumentation mit Hilfe von MS Word entwickelte Online Hilfe wird durch ObjectARX Programme in den Dialogfeldern via das Schaltelement Help aufgerufen und zeigt ihren Inhalt in einem speziellen Dialogfenster Durch Wahl der Men option Help im Abrollmen ist berdies ein direkter Einstieg m glich Geringf gige Eingabefehler bewirken eine Fehlermeldung resp Warnung am unte ren Ende jedes Dialogfeldes error tile oder lassen ein verborgenes Dialogfeld er scheinen nested alert box Schwerwiegenden Fehler fatal error resultieren in einem Aufruf einer vordefinierten Routine unter Anzeige einer Meldung Alte Daten sind nur in AutoBlock Versionen wieder einlesbar deren Hauptnummer bereinstimmt z B Version 1 0 ist mit 1 3 kompatibel mit 2 0 nicht Eine Routine zur raschen Integration von AutoBlock in ein vorhandenes AutoCAD Programm kopiert alle Programmdateien von einem Datentr ger auf die Festplatte des Anwenders und bindet das neue Abrollmen in das AutoCAD Men ein 148 10 AutoBlock Beispiel Abheben Behinderung durch andere Trennfl chen Die Sicherheitsfaktoren sowie die Eigenschafte
115. zus tzlich Entwurfsgrundlagen berpr ft Beweise gesichert Auswirkungen von Massnahmen berwacht oder das Bauwerksverhalten besser verstanden werden 20 2 Grundlagen Nutzungs und Sicherheitsplan Die Umsetzung des erstrebten Sicherheitsniveaus beginnt in der Projektierungsphase mit der Ausarbeitung des Nutzungs und des Sicherheitsplans In diesen Grundlagedokumenten wer den die Anforderungen an die Nutzung bzw an die Sicherheit geregelt e Nutzungsplan Er beinhaltet die zwischen Bauherrn und Projektverfasser vereinbarten Pro jektvorgaben Es sind dies Angaben zur Nutzung inkl Dauer Betriebsbedingungen zu den Grundlagen und allgemeinen Regeln Gesetzgebung Konzession Normen etc rtli chen Gegebenheiten Topographie Geologie Hydrologie Umwelt zur Auslegung des Sperrenbauwerks z B Geometrie Bemessungskriterien Bev lkerungsschutz und zu wichtigen Nebenanlagen Grundablass Hochwasserentlastung Fassung etc 2 37 2 41 e Sicherheitsplan Er dient dem methodischen Erkennen von Gef hrdungsbildern ihrer Be urteilung und der Festlegung von Massnahmen welche das Risiko auf das akzeptierbare Mass beschr nken sollen 2 31 F r die Sicherheit ist entscheidend ob Einfl sse die eine Gefahr f r das Bauwerk darstellen k nnten korrekt beurteilt und Vorkommnisse mit evtl nachteiligen Folgen erkannt werden 2 34 Dem systematischen Aufstellen und konse quenten Durchdenken von m glichen unerw nschten Ereignisse
116. 0 Zylindermauer Vaiont IT 1 85 Kuppelmauer Kurobe JP Bogengewichtsmauer Ridracoli IT 1 100 Abb 9 2 Kuppelmauer Susqueda ES Bogenmauer Grancarevo BA 1 120 Gewichtsmauer Three Gorges CN Bogengewichts mauer Pertusillo IT 1 150 Mehrfachgewolbemauer Cambambe AO Abb 9 3 Bogen mauer Ertan CN 1 200 Zentrifugenmodelle Eine Alternative zur Simulation des Eigengewichtes bietet die Zentrifuge Solche Versuche sind indes teuer weil zum einen die Kosten fur die Einrichtung selber zum andern jene f r die aufwendigen Messungen im rotierenden Modell anfallen 9 17 Aus diesem Grund gibt es nur n wenigen L ndern derartige Versuchsanlagen die v a zu Forschungszwecken dienen 1992 f hrten LIN ET AL 9 18 an der Universit t von Colorado US den ersten Versuch m Massstab 1 170 an einer 48 m hohen Bogenmauer durch Das Modell war 1 19 m lang 1 m breit und 0 68 m hoch Drei Kluftscharen gliederten den Felsuntergrund in Quader dazwi schen zirkulierte Wasser Die Versuche wurden bis zum Bruch des Widerlagers durchgef hrt FUMAGALLI notiert n the orbit of idealization of this type it is evident that the geomechanical model produces more limited margins of safety than conventional static models Nevertheless because of the extreme caution exercised tend ing to guarantee every aspect of the project and its foundation from eventual disaster the value of the factor of safety so obtained assumes the significance of
117. 11 10 KB KCN P S II Vo 134 200 N 12 u KD KA HSB Il 2 N a re HSA II 6 SB II 6 SB Il 12 sn KC SA l 1 SA Il 2 y SB Il 11 134 150 Bg SSA II FR KB g A EE L ngsschnitt Ker gt KDN SB Il 9 SB Il 1 SA Il 2 SD Il 1 A KZ SB Il 8 0 50 inom HSC Il 4 Abb 11 15 Teilmodell des Untergrundes Die zeichnerische Darstellung der relevanten felsmechanisch hy draulischen Eigenschaften stellt eine m gliche Gegebenheit dar ohne Anspruch auf vollst ndige bereinstimmung mit der Wirklichkeit SA II 3 bedeutet beispielsweise dritte im Bereich II ge legene St rung des Trennfl chensystems A 174 11 Staumauer Albigna 11 6 Schlussfolgerungen Am Beispiel der Staumauer Albigna konnte durch umfangreiche Messungen mit hochprazisen Instrumenten ein tiefer Einblick in die S ckerstr mung im gekl fteten Fels gewonnen werden Die langj hrigen linienhaften Beobachtungen und numerischen R ckrechnungen belegen ein dr cklich welch eminent wichtige Rolle aktive Trennfl chen be der Durchstr mung der Fun dation spielen Im Bereiche solcher entspricht der Wasserdruck an einzelnen teils sehr tief gelegenen Stellen gar dem Seespiegelstand Beide Messger te haben unter Beweis gestellt dass sie jenes Mass an Information zu liefern verm gen das f r das Verst ndnis und die lang fristige berwachung eines Mechanismus notwendig ist Das neue Modell des Untergrundes st tzt sich
118. 1974 Surface workings in rock In Proc eL Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 3 Denver GALE J E WITHERSPOON P A 1977 Effect of fracture deformation on fluid pressure distribution an indicator of slope instability Can Geotech J vol 14 ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris SABARLY F PAUTRE A LONDE P 1970 Quelques r flexions sur la drainabilit des massifs ro cheux In Proc 2 Cong of ISRM vol 3 Belgrade ARN TH 1989 Numerische Erfassung der Str mungsvorg nge im gekl fteten Fels Diss Inst f r Bauplanung und Baubetrieb Fels und Untertagebau Mitteilung 1 89 ETH Z rich RISSLER P 1991 Modellvorstellungen f r die Wasserdurchl ssigkeit von Fels In General report Proc 7 Int Congr on Rock Mech vol 3 Aachen DARCY H 1856 Les fontaines publiques de la ville de Dijon Dalmont Paris WITTKE W ERICHSEN C 1990 B schungsgleichgewicht m Fels Grundbau Taschenbuch 4 Aufl Teil 1 Ernst amp Sohn Berlin DVWK 1996 Berechnungsverfahren f r Gewichtsstaumauern Wechselwirkung zwischen Bau werk und Untergrund Merkblatt 242 zur Wasserwirtschaft Wirtschafts und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH Bonn Louis C 1967 Str mungsvorg nge in kl ftigen Medien und ihre Wirkung auf die Standsicherheit von Bauwerken und B schungen im Fels Ver ffentlichung Inst f r Bodenmechanik und Felsme chanik Universit t Fridericiana Karl
119. 4 l sst sich jede Variation der Kontaktfl che zwischen voll abgestuft und keine einzige Stufe untersuchen Selbst konkave F lle wie in Abbildung 5 10 e sind untersuchbar 72 5 Kinematik der Natur gekr mmte Formen selten sind Beispiele Schalenrisse Schichtfugen in gefalte ten Sedimentpaketen Raumstellung Die Bruchk rperform ergibt sich aus der Raumstellung der Einzelfl chen zueinander sowie den jeweiligen Halbriumen Kritisch sind vor allem Trennfl chen die unterhalb der Aufstandsfl che horizontal oder flach einfallen Die Wahl der Halbr ume er fordert ein systematisches Vorgehen Zuerst fixiert man sich gedanklich auf die Sperrstelle und sucht all jene potentiellen Bruchk rperformen deren vertikal projizierte Kontaktfl che die Gr ndungsfl che zumindest teilweise einschliesst In der Folge pr ft man den Einfluss der n heren und weiteren Umgebung auf das Tragwerk Hierbei kommen nur Halbr ume zum Zuge die Bruchk rperformen auf der Luft und Seeseite sowohl m Talg rund als auch an den Talflanken definie el Abstufung er Erstreckung Trennflachen mit geringer Erstreckung sind von untergeordneter Bedeutung ausser s e treten regelm ssig und in ung nstigen Kombinationen mit A eng liegenden Trennfl chen einer zwei ten Schar auf so dass Abstufungen m g Abb 5 15 Der Winkel i als richtungsabh ngiges lich sind Mass f r die Unebenheit einer Kon taktfl che Ebenheit Der mittlere Wink
120. 450 m bei 100 m Konstruktionsh he und geringere Fl chenpressungen zur Folge hat ca 1 MPa Historisch gesehen sind Damme seit Jahrtausenden in Gebrauch Der lteste bekannte Stein sch ttdamm wurde bei Heluan 30 km s dlich Kairo gefunden Es handelt sich um den Sadd el Kafara Damm der 2 500 v Chr f r den Hochwasserschutz der Stadt gebaut wurde Weitere berreste alter D mme entdeckte man in Yemen Griechenland Mexiko China Sri Lanka in der T rkei und im Sudan 2 14 2 15 Erddamm Steindamm Stutzkorper Fels oder Boden Filterzone Kern Abb 2 4 Erddamm mit homogenem Steindamm mit inhomogenem Aufbau im Grundriss und Querschnitt Rund drei Viertel aller h heren D mme sind auf Fels der Rest auf Lockergestein gegr ndet 2 13 2 4 Bauwerk 13 Staumauern Staumauern bestanden fr her aus Steinbl cken oder Mauerwerk mit Kalkm rtelfugen werden heute aber aus unbewehrtem Beton gebaut Da sich dessen Erw rmung aufgrund der Hydrata tion mit zunehmendem Zementgehalt vergr ssert verwendet man im Mauerinnern h ufig einen Kernbeton mit niedrigerem Zementgehalt bis 180 kg m Dieser wird blockweise mit einem Vorsatzbeton 250 280 kg m eingebaut der seeseitig 1 5 3 m luftseitig sowie oberhalb der Gr ndungsfuge 1 2 m m chtig ist In neuerer Zeit vereinfacht man den Einbau indem zementarmer Beton steifer Konsistenz mit Erdbauger ten eingebracht und verdichtet wird Roller Compact
121. 7 Die Unregelm ssigkeiten einer potentiellen Gleitfl che k nnen entweder abgeschert oder bestehen bleiben Im ersten Fall erfolgt die Translation parallel zur Gleitfl che im zweiten Fall in einer um den Winkel i anderen Richtung 5 2 Bruchk rpergr sse 73 e Variation Sie ussert sich in einer Variation der Bruchk rperform So hat z B die Ver schneidung von zwei Scharen mit variierenden Raumstellungen unterschiedliche Schnitt linien zur Folge so dass einige ins Freie stossen andere nicht Inwieweit im konkreten Fall Mittel oder Extremwerte zur Anwendung kommen sollen ist separat zu pr fen 5 2 Bruchk rpergr sse 5 2 1 Abgrenzung In der Bodenmechanik wird nach der Form die Gr sse eines Bruchk rpers festgelegt Dies geschieht durch ein systematisches Verschieben oder Rotieren der Bruchfl che Abbildung 5 16 a illustriert das Vorgehen an einem ebenen Beispiel Die Bruchfl che hat die Form eines Kreisbogens mit Radius R Die Gr sse des Bruchk rpers resultiert aus der variablen Lage des Kreismittelpunktes M bei konstantem Radius R Bei M ergibt sich der gr sste aber unprob lematische bei M der massgebende globale und bei M der kleinste lokale Bruchk rper In der Felsmechanik ist die Vorgehensweise hnlich In Abbildung 5 16 b hat die Kontaktfla che die Form einer Strecke Die Gr sse des Bruchk rpers geht aus der variablen Lage des Bezugspunktes L bei konstantem Abstand D hervor Bei L findet sich d
122. 9 Tunnelvortriebe im Raum Z rich Risikomanagement im Untertagbau Z rich SNGT 1997 1980 1996 Eine Talsperrenepoche In Anerkennung des Wirkens von Dr Rudolf Biedermann Chef der Sektion Talsperren des Bundesamtes f r Wasserwirtschaft Festschrift Ba den ICOLD 1987 Dam safety guidelines Bulletin 59 Paris SIA 1989 Einwirkungen auf Tragwerke Norm 160 SIA Z rich ETH Z RICH UNIVERSIT T ST GALLEN ETH LAUSANNE 2000 Nachdiplomkurs Risiko und Si cherheit Kursunterlagen RENN O 2000 Risikowissenschaft und Risikomanagement In Risiko und Sicherheit Magazin der Universit t Z rich Nr 3 00 Bulletin der ETH Z rich Nr 279 Nov 2000 Z rich BUNDESAMT F R WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Basisdokument zur konstruktiven Sicherheit Berichte des BWG Serie Wasser Version 1 0 Biel BIEDERMANN R 1987 Talsperren Planung f r Notf lle Wasser Energie Luft 79 7 8 Baden KOVARI K FRITZ P 1989 Re evaluation of the sliding stability of concrete structures on rock with emphasis on European experience Dept of the army US Corps of Engineers Washington DC PROJEKTLEITUNG SWISSCODES 2003 Neue Begriffe in den Swisscodes In Swisscodes die neuen Tragwerksnormen des SIA Sonderheft von Tec 21 sia Z rich STK 2000 Konstruktive Sicherheit der Talsperren Nutzungsplan und Sicherheitsplan Arbeitsgrup pe Talsperrenbeobachtung Untergruppe Sic
123. ACHER P SHAH B 1999 Design features of the Allai Khwar arch dam Hydro power amp Dams Issue Four ALONSO E 1994 Safety analysis of jointed rock masses Application to arch dam foundation In Computer Methods and Advances in Geomechanics Ed Siriwardane amp Zaman A A Balkema Rotterdam CUNDALL P Hart R D 1993 Numerical modeling of discontinua In Comprehensive Rock Engi neering vol 2 Ed Hudson Pergamon Press London CUNDALL P 1971 A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems In Symp of the Int Soc for Rock Mech Nancy CUNDALL P A 1988 Formulation of a three dimensional distinct element model Part I A scheme to detect and represent contacts in a system composed of many polyhedral blocks Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 25 HART P CUNDALL P A LEMOS J 1988 Formulation of a three dimensional distinct element model Part II Mechanical calculations for motion and interaction of a system composed of many polyhedral blocks Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 25 SHI G H GOODMAN R E 1984 Discontinuous deformation analysis In 25 Symp on Rock Me chanics Evanston HART R 1999 In the spotlight Soft Spot Itasca s Software Newsletter 7 1 LEMOS J V 1999 Discrete element analysis of dam foundations Jn Distinct Element Modelling in Geomechanics Ed Sharma Saxena amp Woods
124. Antoni 715 m M weist eine Steigung von 9 auf Er folgt mit je vier Wendeplatten und Tunnels serpentinen f rmig der untersten steilen Nordwest dritten Wendeplatte mit einem Volu men von rund 600 m Bild B ro Dr T Schneider Uerikon flanke des Bristens Seit dem Bau der Bristenstrasse im Jahre 1910 beobachtet man ungef hr alle zehn Jahre das Niederst rzen einer gr sseren Felsmasse Sie versch ttet jeweils die Stras se an mehreren bereinander liegenden Stellen und bedingt deren Sperrung f r einige Tage Nach dem Ereignis vom 19 01 1995 Abb 12 2 war die Strasse zehn Tage lang unpassierbar und musste auch w hrend der Ausf hrung der R umungs und Sicherungsarbeiten zeitweise gesperrt werden Die vorhandene Gefahr und wiederholte Sperrungen veranlassten 1997 das Tiefbauamt des Kantons Uri eine gr ndliche Untersuchung in Auftrag zu geben Hierbei sollten felsmechani sche Grundlagen zur Einsch tzung der Gef hrdung bereitgestellt und notwendige Massnah men er rtert werden 12 2 12 3 Konkret war abzukl ren ob die Strasse mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand f r mehrere Jahrzehnte gesichert werden k nne oder ob konzeptuell grundlegend andersartige L sungen in Betracht zu ziehen seien Angesichts der L nge des Strassenabschnittes und der Gr sse des Untersuchungsgebietes wur de Wert auf ein streng methodisches Vorgehen gelegt Abb 12 3 Durch eine konsequente Trennung in Fakten und Annahm
125. Auff llung usw Die geometrische Beschreibung erfolgt durch eine Anzahl von Punkten auf der Gel ndeober fl che Der Terrainverlauf wird gemeinhin in einer Situation H henkoten sowie in L ngs und Querprofilen zur Darstellung gebracht 2 3 2 Untergrund Der Untergrund oder Baugrund ist der unter der Erdoberfl che gelegene Raum in dem Bauwerke gegr ndet oder einge bettet sind Art Aufbau und Eigen schaften s nd von der geologischen Ent stehungsgeschichte sowie von menschli chen Eingriffen gepr gt und deshalb un einheitlich Im Massstab des Handst cks besteht der Untergrund aus Gestein Das nat rlich entstandene fest zusammenh ngende Gemenge einer oder mehrerer Mineral arten liegt entweder als Fest oder als Lockergestein vor Betrachtet man einen Grossbereich Festgestein am Massstab des Bauwerks so spricht man von Fels bei Lockergestein von Boden Abb 2 3 berg nge sind m glich Ya u j a T a a ine e a a s eer e a a Ak ary aie os aa a Jedes Lockergestein kann letztlich auf ein Festgestein zur ckgef hrt werden das der exoge nen Dynamik ausgesetzt war Je nach Art der wirkenden Kr fte lassen sich diese Vorg nge in die mechanische chemische biologische und biochemische Verwitterung aufteilen Sie laufen nebeneinander ab und beschleunigen sich gegenseitig 2 8 Der Grad der Zerlegung sowie die Tiefe bis zu welcher der Prozess in den Untergrund vordringt h ngen von verschiedenen Faktoren
126. Aufteilung der Sperrstelle wobei die Bezeich nung Auskunft gibt ber Art System Bereich sowie Laufnummer jeder Trennfliche LEGENDE x Kluft St rung Rutschharnische Kakirit im mm bis cm Bereich St rung Rutschharnische Kakirit im dm bis m Bereich System Bereiche A B C D E Abb 11 11 Darstellung aller 1956 und 1996 im Bereich der Gr ndungsfl che Luft und Seeseite gemessenen Pole fl chentreue Projektion untere Halbkugel 11 13 x SB Il 4 bedeutet beispielsweise vierte im Bereich II gelegene St rung des Trennfl chensystems B Die St rungszone verl uft in E W Rich tung ca 150 m s dlich der Mauer Die bis 15 m breite Zone besteht aus Scharen senkrecht stehender St rungen mit Kaki r tf llung und nahezu parallelen Kl ften die oft nach unten absetzen und hre Fort setzung in seitlich versetzten Trennflachen finden Einzelne liegen auch als offene Spalten vor f hren jedoch kein Wasser Als Hauptst rungen bezeichnet man mar kante Einzelst rungen Sechs solcher Trennfl chen der Systeme A und B sind in der Gr ndungsfl che erkennbar f nf m Bereich H eine in IV zwei C Hauptst rungen ziehen 100 m s dlich der Stau mauer durch die Felswand im linken Wi derlager Die dm dicke F llung besteht v a aus Harnischbel gen Kakirit und or gan schem Material Die St rungen Abb 11 13 k nnen auf grund ihrer Raumstellung zweigeteilt wer den Die einen liegen ungef hr se
127. AutoBlock se base sur AutoCAD un programme bien connu dans les bureaux d ing nieur et tire parti de ses multiples possibili t s On peut facilement utiliser AutoBlock sans en avoir de connaissances profondes Quatre diff rents exemples concr tisent la th orie et nous montrent l application du pro gramme AutoBlock En cons quence I ing nieur sera capable de trouver des solutions scienti fiques des qu il sera confront a des probl mes de stabilit de roche On s assure un bon r sultat si on tient compte de tous les facteurs pr c dents Pour r ussir a r soudre ce probleme il est donc indispensable de r fl chir et de proc der globalement ce qui peut parfois s av rer plus p nible que de travailler en d tail Summary A concrete dam and its rock foundation form a unit After that well known principle each sta bility analysis of planned or already constructed dams should carefully assess the characte ristics of the exposed rock mass Different to a dam body a rock consists of a natural material intersected by various discontinuities like bedding planes joints or faults Such planes of weakness reduce the strength of the rock mass and can potentially cause unstable blocks putting some loads on it If a sliding mechanism of such rock blocks is kinematically possible a critical situation concerning the stability of the whole construction will result Therefore further clarification is necessary Several analyses of t
128. B G Teubner Stuttgart KOVARI K FRITZ P 1979 B schungsstabilit t mit ebenen keilf rmigen und polygonalen Gleitfl chen Rock Mech Suppl 8 Springer Wien DAZIO G 1999 Vorprojekt K27 Bristenstrasse Felssicherung Oberste Wendeplatte St Antoni Techn Bericht Ing b ro Dazio Cadenazzo unver ffentlichter Bericht KOVARI K BERGAMIN ST KOLBERG J 2002 Felsmechanische Untersuchungen zur Gef hrdung der Bristenstrasse Felsb schung beim Isench li zwischen oberster Wendeplatte und St Antoni Inst f r Geotechnik Professur fiir Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht FUCHSER MESSTECHNIK AG 2002 Gel ndeaufnahmen Situation 1 200 Querprofile 1 100 ENZ Punktdaten und 51 Photos aus dem Modellhelikopter Bern unver ffentlichter Bericht BERGAMIN ST KOLBERG J FRITZ P 2004 Stability analysis of a rock slope on the Bristen road using AutoBlock In Proc 3 Asian Rock Mechanics Symposium Contribution of Rock Me chanics to the New Century vol I Kyoto Millpress Rotterdam BUCHER K 1997 Dynamische Berechnungen von Steinschlageinwirkungen Mitteilung 135 SGBF Herbsttagung Montreux BUNDESAMT F R STRASSEN BAUDIREKTION GD SBB 1998 Dokumentation Planung Bau und Unterhalt gegen Steinschlag und Lawineneinwirkungen EDMZ Bern BUNDESAMT F R STRASSEN BAUDIREKTION SBB 1998 Einwirkungen auf Steinschlagschutzgale rien Richtlinie EDMZ Bern
129. BERGAMIN ST KOVARI K 2001 Truppen bungsplatz Bernhardzell Stabilit t der B schung oberhalb des Zielraums 5 Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver f fentlichter Bericht 13 Felsfundation Br cke Pianello 13 1 13 2 13 3 13 4 KOVARI K BERGAMIN ST 1995 Bridge Pianello Muro Lucano foundation on the rock abut ments Technical Report Division of Geotechnical Engineering Swiss Federal Institute of Tech nology Zurich unver ffentlichter Bericht DELLA SALA L MELE M 1997 Schema dei Carichi Administrazione provinciale di Potenza S P n 17 di Capodigiano Zona Pianello Muro Lucano Variante Plano Altimetrica Potenza un ver ffentlichter Bericht GEOSESTRA 1993 S P N 17 Di Capodigiano Indagine geognostica riguardante 1 lavori per la cos truzione di una variante plano altimetrica in c da Pianello di Muro Lucano Relazione N I 2 Potenza unver ffentlichter Bericht GOODMAN R E 1989 Introduction to Rock Mechanics 2 Edition J Wiley amp Sons New York 14 Felsfundation Staumauer Valle di Lei 14 1 14 2 14 3 14 4 14 5 14 6 T NDURY G A 1957 Zur Entstehungsgeschichte der Kraftwerk Projekte am Hinterrhein Wasser und Energiewirtschaft 49 2 3 KALT L 1963 Projekt und Bauausf hrung der Kraftwerke Valle di Lei Hinterrhein Terra Gri schuna 22 4 KOVARI K FRITZ P 1991 St
130. Bauwerk Tragwerk zugrunde dessen Trag und Standsicher heit nachzuweisen ist innere ussere Tragf higkeit Beim ersten Bemessungsfall legt man die Abmessungen der Bauteile fest Tragwiderstand beim zweiten weist man die Gesamtstabilit t Gleit Kippsicherheit des Tragwerks nach 4 4 4 9 In der Geotechnik versteht man unter einem Stabilitdtsproblem ein Problem zul ssiger Spannungen 4 10 48 4 Tragwerk Um die Anzahl unerkannter Gefahren im Bereich des Gr ndungsk rpers gering zu halten ist es ratsam bekannte Versagensmechanismen auf einzelne Merkmale hin zu untersuchen 4 3 Versagensmechanismen 4 3 1 R ckblick Im Talsperrenbau kennt man bis heute keine weltweite streng systematische Erfassung sicher heitsrelevanter Vorf lle wie im Kernanlagen oder Flugzeugbau Das IOCLD versuchte zu mindest die wichtigsten Mechanismen mit Hilfe weltweiter Befragungen aufzudecken die seit einem Jahrhundert zu unerw nschten Situationen engl incident oder gar einem Talsper renversagen engl accident f hrten Die eingegangenen Antworten wurden ausgewertet und der ffentlichkeit in verschiedenen Publikationen zug nglich gemacht z B 4 8 4 13 4 14 Mehrere Einschr nkungen schm lern jedoch die Aussagekraft der vorgelegten Studien Zum einen ist davon auszugehen dass ber etliche R ckschl ge keine ffentlich verf gbaren Auf zeichnungen vorliegen und in der Fachwelt nur schwerwiegende Vorkommnisse diskutiert
131. Bemessungssituation im Sinne der Mechanik klar formuliert so kann man zur Durchf hrung des entsprechenden Experimentes oder der Berechnung schreiten Im Anschluss daran wird das Modell der Wirklichkeit gegen bergestellt Die Ergebnisse werden m Lichte der getroffenen Vereinfachungen und der tat s chlich vorhandenen Verh ltnisse auf hre Aussagekraft gepr ft und kritisch beurteilt Der Auftrieb wurde zum ersten Mal praktisch beim Bau der englischen Vyrnwy Mauer in England 1882 90 theore tisch von LEVY 1895 ber cksichtigt 4 18 Die Wirkung des Wasserdrucks wurde erstmals 1952 beim Bau von Iril Emda DZ studiert 4 43 Sie umschreibt die Gegebenheiten und Bedingungen f r welche die entsprechenden Nachweise vorzulegen sind Ein Lastfall legt die f r einen konkreten Nachweis betrachtete Kombination bestimmter Einwirkungen fest 4 3 56 4 Tragwerk Ein Modell muss den Anforderungen der Fragestellung geb hrend Rechnung tragen So h ngt die Zweckm ssigkeit eines Modells einerseits davon ab in welchem Masse sich seine Aussa gen der Wirklichkeit ann hern Andererseits st der Aufwand von Bedeutung der zur Gewin nung der Voraussagen erforderlich ist Ideal w re ein Modell das mit kleinem Aufwand sehr wirklichkeitsnahe Voraussagen liefern w rde 4 44 Der Aufbau kann einfach oder vielschichtig sein Im ersten Fall versucht man die Zahl der Einflussfaktoren minimal zu halten um ein anschaulich nachvollziehbares Abbil
132. Bruchk rperform 65 1 Linker HR 2 Unterer HR 2 Oberer HR 1 Linker HR 2 Oberer HR Schar 1 Schar 2 Abb 5 3 Zwei Trennfl chenscharen 1 2 grenzen je nach Lage Kombination und Raumstellung mehrere Felsk rper mit keilf rmigen Kontaktfl chen bei gleicher Schnittlinienrichtung ab Die Unter schiede im Bezug auf die Form ergeben sich v a aus den angesetzten Halbr umen HR denen Scharen untereinander sowie diejenige zum Tragwerk zu erkennen ist zweifellos die graphische Darstellung im Raum 5 16 Eine neue besonders anschauliche Darstellungsart verwendet daf r die Einheitskugel Sie repr sentiert den Felsuntergrund ihre netzf rmige Oberfl che steht f r die Felsoberfl che Abb 5 4 Drei Achsen stellen die Himmelsrichtun gen und die H he M dar Eine zus tzliche fre1 w hlbare Achse beispielsweise die Kro nenachse einer Staumauer erlaubt eine einfache Orientierung im Raum Die Form der Kon taktfl che ergibt sich durch die Verschneidung von je einer Trennfl che pro Schar samt Fest legung des Halbraums Der zu einer Schar geh rige Teil der Kontaktfl che wird jeweils mit einer eigenen Farbe ausgewiesen Schnittlinien zwischen den Trennfl chen sowie Ausbissli nien sind anhand hres Verlaufs Strecken resp Kreisbogen klar unterscheidbar Der heraus geschnittene Kugelsektor ver tritt den potentiellen Bruch k rper Abb 5 5 Auf diese Weise
133. Bruchzustand ist yg 1 0 Der Felsk rper mit dem kleinsten Sicherheitsfaktor hat dabei die gr sste Versagenswahrscheinlichkeit man bezeichnet ihn als sog massgeben den Bruchkorper Wie viel sicherer ein K rper mit einem h heren Globalsicherheitsfaktor ist l sst sich quantitativ nicht voraussagen Selbst f r sehr hohe Sicherheitsfaktoren verbleibt stets eine geringe Eintretenswahrscheinlichkeit f r unerw nschte Ereignisse 8 2 4 Teilsicherheitsfaktoren Teilsicherheitsfaktoren sollen Unsicherheiten an ihrer Quelle abdecken 8 11 Die Last und Widerstandsfaktoren unterscheiden sich je nach Autor und Bemessungssituation und variieren erheblich Trotz aller Bestrebungen zur Harmonisierung war es bisher nicht m glich euro paweit allgemein verbindliche Werte zu bestimmen Beachte Bei einem geringen Kenntnisstand und Wahl eines sehr tiefen Sicherheitsfaktors k nnte eine erhebliche Versa genswahrscheinlichkeit vorliegen In solchen F llen empfiehlt es sich den Sicherheitsfaktor h her anzusetzen There is a wide range of acceptable values of calculated Factors of Safety and opinions may differ not only from one country to another but from one organisation to another In fact there may be important differences of opinion between recognized experts 8 26 In der Schweiz werden folgende Werte empfohlen 8 30 Normalfall yg 1 5 e 0 bzw 5 c gt 0 Ausnahmefall yg 1 3 bzw 4 Extremfall yg 1 1 bzw 3 V
134. Das Modell von LONDE weist aber aus heutiger Sicht Schw chen auf und kann entsprechend neuerer Erkenntnisse weiterentwickelt werden 1 3 Zielsetzung Die vorliegende Arbeit beschr nkt s ch auf die Gew hrleistung konstruktiver Sicherheit und hat folgende Zielsetzung e Konzise Darstellung des derzeitigen Wissensstandes ber die Stabilit tsuntersuchung um der Talsperrensicherheit auf den Grund zu gehen Nach einer Klarstellung der Vorausset zungen werden die M glichkeiten und Grenzen zur L sung der Fragestellung ausgelotet e Entwicklung einer neuen Methodik f r solche Untersuchungen mit Umsetzung in einem Computer Aided Design gest tzten Computerprogamm als Hilfsmittel f r die Praxis Die Arbeit verkn pft damit die wichtigsten Aspekte der Felsmechanik Kinematik und Statik mit den M glichkeiten moderner Computerhilfsmittel wobei sich theoretische und empiri sche Untersuchungen gegenseitig unterst tzen Anhand von Fallbeispielen aus der Praxis werden wichtige Aspekte vertieft und die Leistungsf higkeit der Vorgehensweise vor Augen gef hrt 1 4 Abgrenzung Die Arbeit unterliegt folgenden Einschr nkungen e Auf eine Er rterung der n der Literatur erw hnten Klassifizierungssysteme 1 7 1 8 1 9 wird verzichtet da sie der Komplexit t des Problems nicht gerecht werden Hervorgegan gen aus der statistischen Auswertung von Fallbeispielen sind sie ihrer simplen Handha bung wegen beliebt gewichten und verkn pfen aber Fels
135. Dem Vorteil einer usserst einfachen Anwendung steht der Nachteil entgegen dass Unsicher heiten aller Art pauschal durch Reduktion der Widerstandswerte auf zul ssige Auswirkungen abgedeckt werden Eine koh rente Sicherheit aller Tragwerksteile ist nicht erreichbar II Nachweis auf Bemessungsniveau Nach dem Prinzip Unsch rfen dort abdecken wo sie entstehen werden auf der einen Seite Lastfaktoren yz erh hen oder reduzieren Auswirkungen wie z B Reaktionen je nachdem ob ihre Wirkung ung nstig oder g nstig st auf der anderen Widerstandstandsfaktoren yr einge f hrt reduzieren Festigkeiten Der Nachweis ausreichender Tragf higkeit st erbracht wenn wie in Abb 8 2 II die Auswirkung Eg infolge yz fachen Einwirkungen kleiner oder gleich ist als der um yg abgeminderte Widerstand Ra Die Sicherheit gegen Verlust der Tragf higkeit kann auf diese Weise besser an die unterschiedlichen Bed rfnisse angepasst werden Das Konzept l sst sich fur s mtliche Baustoffe gleich formulieren einzig der Widerstandsfaktor andert Damit wird ein einheitliches Sicherheitsniveau der Tragwerksteile mit hoher Transpa renz erreicht was die internationale Zusammenarbeit erleichtert III Nachweis auf Bruchwiderstandsniveau Hier wird nachgewiesen dass die mit dem Sicherheitsbeiwert multiplizierte Gebrauchslast kleiner ist als die Grenz oder Traglast Abb 8 2 II Die Erh hung der Gebrauchslast kann allgemein oder spezifisch erfolgen z B
136. Die Arbeit des Ingenieurs zwischen Wirklichkeit und Algorithmus Schw Bauzeitung 88 49 Z rich CARRERE A TARDIEU B OZANAM O 1993 Uses and misuses of realistic numerical models in dam safety evaluation application to embankment dams concrete dams and their foundation Jn Int Workshop on Dam Safety Evaluation Vol 2 Grindelwald FANELLI M 1997 The scientific definition and measure of dam safety Is the Emperor fully clothed Hydropower amp Dams Issue Two LOMBARDI G 1996 On the limits of structural analysis of dams Hydropower amp Dams Issue Five 244 Literaturverzeichnis 4 49 PURER E K 2001 Die Rolle der Felsmechanik beim Bau und Betrieb grosser Wasserkraftanlagen Felsbau 19 5 4 50 LOMBARDI G 1988 Querkraftbedingte Sch den in Bogensperren Wasser Energie Luft 80 5 6 Baden 4 51 STARFIELD A M CUNDALL P A 1988 Towards a methodology for rock mechanis modelling Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 25 3 4 52 VOLLENWEIDER U 2004 Interaktion Baugrund Bauwerk in der Norm sia 267 Geotechnik Mit teilung 148 SGBF Fr hjahrstagung Burgdorf 4 53 KOVARI K 1987 Rock foundations and slopes In Proc 6 Int Cong on Rock Mech vol III Theme II Montreal 4 54 DEERE D U HENDRON A J PATTON F C CORDING E J 1966 Design of surface and near surface construction in rock In Failure and Breakage of Rock Proc 8 Symp on Rock M
137. Dies be deutet dass die bekannten einfachen Modelle zur Untersuchung der Stabilit t von Felsb schungen durchaus zur Pr fung der vorliegenden Fragestellung herangezogen d rfen sofern den aufgezeigten Unterschieden die n tige Beachtung geschenkt wird 4 4 3 Theoretische Formulierung Die Mauerfundamentlasten kurz Fundament F lasten sind eine am Felsfundament im Be reich der Gr ndungsfl che angreifende Einwir kung Sie h ngt von den am Sperrenk rper an greifenden Kr ften und seinen Eigenschaften ab Die Fundamentlasten lassen sich auf eine Resultierende F pro Mauerblock reduzieren die irgendwo n der zugeh rigen Fundationsfl che angreift Abb 4 9 F bewirkt dass der vor handene Spannungszustand m benachbarten Untergrund ndert und Verformungen auftreten Die Spannungsverteilung h ngt ab von der a b Abb 4 9 In der Fundationsfl che angrei fende Resultierende F der Funda Richtung und dem Betrag der Einwirkungen mentl sten Erishi man deren Re der Topographie und den mechanisch hydrau trag so bildet sich zuerst ein po lischen Eigenschaften des Felsens Erh ht man tentieller a dann ein effekti den Betrag von F und h lt die brigen Einwir ver Bruchk rper b kungen konstant so ver ndern sich die Span nungen im Untergrund bis sich ein K rper bildet entlang dessen Kontaktflachen zum umlie senden Fels der innere Widerstand ausgesch pft wird E
138. Dissertation ETH Nr 18443 Die Stabilitat der Felsfundamente von Staumauern Abhandlung zur Erlangung des Titels Doktor der Technischen Wissenschaften der ETH Ziirich vorgelegt von Stefan Bergamin Dipl Bau Ing ETH geboren am 15 Juni 1964 B rger von Vaz Obervaz GR und Z rich ZH Angenommen auf Antrag von Prof Dr sc techn Georgios Anagnostou Referent Prof Dr Ing Hans Erwin Minor Korreferent 2009 Natural barriers and man made dams are both governed by the same law of decay Every dam which impounds water presents a potential danger which should neither be under nor overestimated The risk of sudden disaster is for ever inescapable and while knowledge and vigilance may reduce such a risk it can never be entirely banished All man made works carry within them the seeds of their own decay and eventual destruction E Gruner 1962 Inhaltsverzeichnis ZUSammenlassung ns sense ei IX Resume ve ee esse see nee XI SS PMN Ae yerr o A AA OA A E AT AA XII 1 En 1 G1 GUNG essenin E 1 bet Problemstellung use un He ee a 1 1 2 SUIS SAIN Brenner ae 3 Bo Se FUN 4 Se 1015 hl OVA DNs este E ee eee eee eee eee ere ee ee re ener ree 4 1 NOS E see ae ee E A AA EA CPE arte eee eT ee 5 2 GEUNGLSPEN ae a E 9 Dale Sal an een ae a ee nen ee 9 227 AAEM me eiserne 9 2 3 DDeiistelle u en A E E A 10 23 EI O9P OS 218 0 ee elle 11 232 dlerst nd aaa ER aM 11 DS UU Teh et ete aha Aa eek sata aN Lied hates ei
139. Einer bisher nicht aufgetretenen Gefahr muss mit zeit und sachgerechtem Handeln entgegen gewirkt werden 2 38 Das Notfallkonzept basiert auf einer umfassenden Analyse all jener Restrisiken die selbst bei einer hohen konstruktiven Sicherheit der Stauanlage n Kauf ge nommen werden m ssen Es legt fest welche Massnahmen unter welchen Voraussetzungen getroffen werden m ssen Geeignete planerische materielle und organisatorische Vorberei tungen k nnen im Anschluss daran getroffen Handlungsanweisungen formuliert werden Dabei muss zwischen langsamen in ihrer Entwicklung verfolgbaren z B Verhaltensanoma lie und berraschend auftretenden Ereignissen unterschieden werden z B Erdbeben Bei Ersteren kann zeitgerecht gehandelt bei Letzteren nur noch im Nachhinein reagiert werden Zur Bew ltigung einer Gefahr stehen grunds tzlich vier Gegenmassnahmen zur Verf gung Technische und betriebliche Massnahmen vorsorgliche Absenkung der Stauhaltung sowie Evakuation der betroffenen Bev lkerung aus der gef hrdeten Zone bei unmittelbarer Gefahr eines Versagens In der Schweiz ist die Notfallstrategie in drei Stufen gegliedert Ab Erken nen einer Gefahr wird eine verst rkte berwachung veranlasst die Lage laufend beurteilt und das Ereignis einer Gefahrenstufe zugewiesen S e ordnen die Ereignisse nach hrer Beherrsch barkeit und teilen ihnen entsprechende Gegenmassnahmen zu Ein Messprogramm visiert meist noch andere Ziele an So sollen z B
140. Einleitung erw hnte Gutachten zur Stabilit t der Felsfundamente hatte die Ermitt lung und Gleitsicherheit von potentiellen Bruchk rpern zum Thema 14 3 Konkret war ab zukl ren ob einzelne Felspakete 1m Gr ndungsk rper infolge ung nstiger Orientierung ein zelner Trennflachen bei einem hohen Wasserdruck entlang der Kontaktflache eine hinrei chende Sicherheit gegen Abgleiten aufwiesen Diese Beurteilung beruhte auf folgenden An nahmen e Kinematik Bruchk rperform Max mal 3 Trennfl chen unterschiedlicher Scharen wobei alle Raum stellungen in jeder Variation miteinander kombiniert alle m glichen Schnittgeraden er mittelt und auf hre Lage und Richtung bez glich dem Sperrenk rper gepr ft wurden Bruchk rpergr sse Keine Einschr nkungen Bruchmechanismus Nur Gleiten e Einwirkungen Lasten Das Eigengewicht der pot Bruchk rper ermittelte man anhand einer vereinfach ten Gel ndeoberfl che Die Fundamentlasten stellte der Projektverfasser zur Verf gung Erdbeben Blieb unber cksichtigt Wasser Der m ung nstigsten Fall vertikaler Zugriss auf die Abl sefl chen der pot Bruchk rper beim oberwasserseitigen Mauerfuss wirkende Wasserdruck wurde entspre chend der vollen Stauh he angesetzt Der mittlere Wasserdruck in den Gleitfl chen wur de parametrisch untersucht Von u 0 bis zu jenem Wert bei welchem die Kontaktspan nung verschwindet und der Bruchk rper abzuheben beginnt In diesem Zustand ver
141. G H HUDER J 1990 Bodenmechanik und Grundbau 4 Auflage Springer Berlin 4 11 MATHOUSEK M SCHNEIDER J 1976 Untersuchungen zur Struktur des Sicherheitsproblems bei Bauwerken ETH Z rich IBK Bericht 59 Birkh user Basel 4 12 UNBEKANNT 1997 Informed decisions Int Water Power amp Dam Construction Dec 1997 4 13 ICOLD 1995 Dam failures statistical analys s Bulletin 99 Paris 4 14 DOUGLAS K SPANNAGLE M FELL R 1999 Analysis of concrete and masonry dam incidents Hydropower amp Dams Issue Four 4 15 SCHNITTER N 1976 Statistische Sicherheit der Talsperren Wasser Energie Luft 68 5 Baden 4 16 4 17 4 18 4 19 4 20 4 21 4 22 4 23 4 24 4 25 4 26 4 27 4 28 4 29 4 30 4 31 4 32 4 33 4 34 4 35 4 36 4 37 4 38 4 39 4 40 4 41 4 42 4 43 4 44 4 45 4 46 4 47 4 48 Literaturverzeichnis 243 SERAFIM J L 1981 Safety of dams judged from failures Water Power amp Dam Construction Dec 1981 GRUNER E 1963 Dam desasters In Proc I C E 24 MANE P M 1974 Design and construction of gravity dams In ICOLD Lessons from Dam Inci dents Paris SERAFIM J L 1982 Safety aspects in the design and inspection of dams Water Power amp Dam Con struction May 1982 KALOUSTIAN E S 1984 Statistical analysis of distribution of concrete dam rock foundatio
142. Geologen gesch tzt da unabh ngig von der Flachenkriimmung immer nur eine existiert Unregelm ssige Trennfl chen erzeugen in unmittelbarer Nachbarschaft einer Messung stark streuende Raum stellungen wobei die Streuung mit einer gr sseren Anlegefl che reduziert werden kann 3 28 32 3 Beschreibung rungsgrad 3 23 3 27 3 28 Summiert man die Kennwerte f r jede Schar so ergeben sich neue Kennwerte wie die Gesamttrennfl chendichte Die Aussagekraft all dieser Parameter ist jedoch aufgrund der vielen stillschweigenden Annahmen von bescheidenem Ausmass 3 24 P xy z _ Lage P A Form u gebogen I ze 4 Erstreckung E Ebenheit 8 _ og N gt MDOLLA oa 2 gewellt Versatz V T Rauhigkeit rauh u et i EN Tiefe Offnun gswe ite O Verwitterun g gt GB J P Dicke Matrixwechsel F llung F EEE m F 7 Belag Endung Abb 3 6 Schematische Darstellung der Aspekte zur Beschreibung einer Trennfl che siehe auch Abb 3 7 Trennfl che N Fallrichtung Fall b
143. Gleitfl chen K1 und K2 In Abbildung 12 24 st der mittlere Wasserdruck pro Teil der Begrenzungsfl che aufge tragen Zur Erl uterung sei die Kurve herausgegriffen d h Block 1 mit c 50 kN m ohne Vereisung Dank der recht hohen Koh sion betr gt der Sicherheitsfaktor ohne Wasserdruck rund 2 3 Mit zunehmendem Wasserdruck sinkt er langsam ab bis er bei einem Druck von 20 kN m pl tzlich um fast 1 0 abf llt Wie ist dieser abrupte Sicherheitsverlust zu erkl ren Block1 0 c 50 kN m Block2 c 0 c 50 kN m Block 1 c 50 kN m vereiste Ausbisslinien Block2 c 50 kN m vereiste Ausbisslinien Wechsel des Gleitmodus von Gleiten auf zwei Fl chen nach Gleiten auf einer Fl che Maximal m glicher Wasserdruck bei Block 1 Maximal m glicher Wasserdruck bei Block 2 Sicherheitsfaktor 0 10 20 30 40 50 60 Mittlerer Wasserdruck u KN m Abb 12 24 Sicherheitsfaktor in Abh ngigkeit des Wasserdrucks u f r die beiden Bruchk rper von Abbildung 12 21 b Q 30 c 0 bzw 50 kN m E 0 12 18 Ein Wasserdruck von 10 kN m ent spricht 1 m Wassers ule 194 12 Bristenstrasse Bis zur Unstetigkeitsstelle gleitet der Bruchk rper auf beiden Ebenen K1 und K2 zugleich ab wobei die ausgedehnte Gleitfl che K2 einen wesentlichen Anteil zum Scherwiderstand bei tr gt Wird der Wasserdruck insbesondere in dieser Gleitflache zu gross l st sich der Bruch k rper von ihr ab und gleitet
144. Kalkstein Die erbohrten Kerne zeigen stellenweise eine stark zerlegte Matr x mit klaren Verwitterungsspuren bis 60 m tief Karst erscheinungen an Bohrkernen z B ein 0 5 m breiter Hohlraum in 37 m Tiefe Handst cken und Aufschl ssen weisen auf verbreitete L sungsvorg nge hin Bemerkenswert sind die ge ringe Kernausbeute 60 und die niedrigen Rock Quality Designation Werte nach DEERE Widerlager u d b ta ae iy a if shapes REY ee ade ae Abb 13 7 Ansicht der linken Talflanke Links oben erkennt man die Abb 13 8 Keilf rmige Stiitzmauer der bestehenden Strasse Das gelb markierte Kontaktfl che Widerlager der neuen Br cke soll auf dem Felssporn in eines fr heren der Bildmitte zu liegen kommen Abbildung 13 8 zeigt Bruchk rpers den rot markierten Ausschnitt siehe auch Abb 13 12 14 202 13 Br cke Pianello 75 Oy 68 6 N mm2 a 75 b Axialkraft Od 55 7 N mm 50 50 H Axialdehnung s E 37 200N mm2 E 19 200 N mm 20 29 Axialspannung N mm2 T L Y 26 7 kN m3 y 27 0 kN m 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 Axialdehnung 0 Axialdehnung o0 Abb 13 9 Einachsiger Druckversuch an zwei Gesteinsproben aus der linken Talflanke a D 82 1 mm H 143 8 mm aus 30 m Tiefe b D 82 1 mm H 121 mm aus 39 m Tiefe 25 wobei die rechte Talflanke schlechter abschneidet Zwei einachsige Druckversuche an Gesteinsproben im Labor dienten der Bestimmung felsmec
145. Kr ftespiels wurde vom nach Erreichen der Zugfestigkeit in der Kon Ist Zustand ausgegangen Zu taktfl che zum anstehenden Fels PS Gleiten Felsk rper verschiebt sich parallel zu einer k nftigen Ausl sern hat Man Kontaktfl che oder zur Schnittlinie zweier gesonderte Aufmerksamkeit Kontaktfl chen geschenkt Auf eine bodenme Kippen Felsk rper rotiert um eine Kippachse chanische Stabilit tsanalyse Grundbruch Scherfestigkeit im Lockergestein unter der Kontaktfl che lokal berschritten wurde wegen fehlender Anzei chen verzichtet 12 4 3 Risiko Im Hinblick auf eine denkbare schrittweise Umsetzung der geplanten Massnahmen besteht ein Bed rfnis Aussagen zur Wahrscheinlichkeit des Eintretens und dem Ausmass des m gli chen Schadens zu formulieren Man will damit das Risiko einen Schaden zu erleiden quanti fizieren Den einfachsten Ansatz hierzu liefert das Produkt von Eintretenswahrscheinlichkeit und Schadensausmass 12 10 12 4 Felsk rperanalyse 183 Eine Durchsicht der registrierten Ereignisse ergab dass eine quantitative Bestimmung der Wahrscheinlichkeit nicht m glich ist Die Begr ndung liegt einerseits in der kurzen Beobach tungsspanne se t 1972 andererseits wurden nur Ereignisse ab Blocksturz vermerkt obschon Steinfall mit einer Wiederkehrperiode w chentlich bis t glich auftritt und auch ein Scha denspotential enth lt Die Empfehlungen zur Dringlichkeit konstruktiver Massnahmen beru hen
146. LK 1 25 000 abgeleitet DTM Digital Terrain Model DZ Algerien E Erstreckung einer Trennfl che Auswirkung Eg Bemessungsniveau EC Ecuador EMS European Macroseismic Scale ES Spanien F F llung einer Trennfl che Festigkeit FDM Finite Difference Methode FE Finite Element FEM Finite Element Methode FR Frankreich G Sektor des Untergrundes unter der Gr ndungsfl che GB Vereinigtes K nigreich Gro britannien und Nordirland GM 1 2 Gleitmikrometer Bohrung 1 2 GWM Generalized Wedge Methode h horizontal HR Halbraum Kroatien HS Hauptst rung IBA Ingenieurb ro f r bauliche Anlagen ICOLD International Commission on Large Dams IGT Institut f r Geotechnik IN Indien 234 IR ISMES ISRM IT JP K K1 2 3 4 K 172 314 KA B C KE KEM KHR KZ LE LNEC MCE ME MR MX n NPDP O OBE P PD 1 2 3 PE PMF PT PY R RCC REB RO RQD RU S1 2 S A B C Sch SGBF SP STK T TIN TP TR TW US V ZA ZM Symbole Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole Iran Instituto Sperimentale Modelli e Statture International Society for Rock Mechanics Italien Japan Kluftsystem Kluftschar Kluft Kluftsystem oder schar 1 2 3 4 Kluftsystem 1 2 3 4 Kluftsystem A B C Kenia Kinematische Element Methode Kraftwerke Hinterrhein AG Kluftzone Sektor des Untergrundes auf der Luftseite Laboratorio Nacional de Engenharia Civil Maximum Credible Earthquake Montenegro Mauretanien Mexiko
147. N m damit sich das Felspaket im Grenzgleichgewicht befindet reicht sp ter selbst eine Vervierfachung der Kohasion nicht mehr aus c 1 085 kN m Wenn der Fallwinkel von K4 nur 80 statt 90 betr gt so ndert der Bewegungsmechanimus bei 75 Fur den Zustand des Grenzgleichgewichts m sste die Koh sion 1 025 kN m berschreiten 4 0 Abb 14 17 Einfluss des Auftriebs in den Kontaktfl chen S und Ky auf den c 800 kN m Sicherheitsfaktor 3 0 2 0 c 600 kN m c 400 kN m c 200 kN m 1 0 0 0 20 40 60 Auftrieb 80 100 Sicherheitsfaktor und den Be wegungsmechanismus in Funkti on der Koh sion c bei einem Rei bungswinkel o 25 14 5 Schlussfolgerungen 227 14 5 Schlussfolgerungen Ausgangspunkt dieser letzten Falldarstellung war ein Gutachten das vor f nfzehn Jahren zur Stabilit t der Felsfundamente der Staumauer Valle di Lei verfasst wurde Die damals in lang wieriger Handarbeit geschaffenen Entscheidungsgrundlagen boten sich geradezu f r einen Vergleich mit jenen an die heute AutoBlock weitgehend automatisiert zur Verf gung stellt Die mit dem neuen Werkzeug erarbeiteten Grundlagen heben sich von den fr heren in Bezug auf Qualit t h here Genauigkeit feinere Eingrenzung kritischer Bereiche Quantit t viel mehr Variationen im Rahmen der Sensitivitatsanalyse in k rzester Zeit und Aussagekraft Ubersichtlichke
148. NARDI P 1995 Buckling failure phenomena and their analysis In Mechanics of Jointed and Faulted Rock MJFR 2 Ed Rossmanith Balkema Rotterdam WARBURTON P M 1981 Vector stability analysis of an arbitrary polyhedral rock block with any number of free faces Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 18 GOODMAN R E SHI G 1985 Block theory and its application to rock engineering Prentice Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey WITTKE W 1984 Felsmechanik Grundlagen fiir wirtschaftliches Bauen 1m Fels Springer Berlin 6 Einwirkungen 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 SIA 2003 Grundlagen der Projektierung von Tragwerken Norm 260 SIA Ziirich SIA 2003 Einwirkungen auf Tragwerke Norm 261 SIA Z rich BUNDESAMT FUR WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Richtlinien des BWG Version 1 1 Biel BUNDESAMT FUR WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Basisdokument zur konstruktiven Sicherheit Berichte des BWG Serie Wasser Version 1 0 Biel CARMICHAEL R S 1989 Practical handbook of physical properties of rocks and minerals CRC Press Boca Raton WYLLIE D C 1999 Foundations on rock 2 Edition Spon London WIELAND M 1977 State of the Art Report ber das dynamische Verhalten von Staumauern und von Staumauerbeton w hrend Erdbeben Mitteilungen der Versuchsanstalt f r Wasserbau Hydro logie und Glaziologie Nr 24 Z rich
149. OEK E BRAY J W 1996 Rock slope engineering Rev 3 Edition Inst of Mining and Metallur gy London KOVARI K FRITZ P 1975 Stability analysis of rock slopes for plane and wedge failure with the aid of a programmable pocket calculator In 16 Symp on Rock Mechanics Minneapolis BRAY J W BROWN E T 1976 A short solution for the stability of a rock slope containing a tetra hedral wedge Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 13 CHAN H C EINSTEIN H H 1981 Approach to complete limit equilibrium analysis for rock wedges the method of artificial supports Rock Mech 14 2 Springer Wien WARBURTON P M 1981 Vector stability analysis of an arbitrary polyhedral rock block with any number of free faces Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 18 GOODMAN R E SHI G BOYLE W 1982 Calculation of support for hard jointed rock using the keyblock principle In Issues in Rock Mechanics 23 U S Symp on Rock Mech Eds Heuze Goodman Berkeley GOODMAN R E SHI G 1985 Block theory and its application to rock engineering Prentice Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey MAULDON M GOODMAN R E 1990 Rotational kinematics and equilibrium of blocks in a rock mass Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 27 MAULDON M GOODMAN R E 1996 Vector analysis of keyblock rotations J Geotech Engrg ASCE 122 12 TONON F 1998 Generalization of Mauldon s and G
150. Risses m Fels cher unter Block 14 Die Stauchungen sondern zeigten auch deutlich auf eine bis lassen sich durch eine Entlastung des anhin unbekannte Kluftzone KZ in Felsens infolge Absinken des Seespie Abb 11 4 Wie in Bohrung GM 1 in gels von 2161 m auf 2059 m M erkl ren 11 6 46 m Tiefe sichtbar GM 1 46 ffnet und schliesst s ch diese infolge des Seeaufstaus um mehr als 3 mm m Die in Bohrung GM bis zuunterst in eine Tiefe von 50 m feststellbaren Dehnungen weisen auf eine grosse Tiefenwirkung der Staumauer hin Die zwei Ausschl ge in einer Tiefe von 5 m und 25 m deuten an dass hier eine oder mehrere aktive Kl fte die Bohrlochachse schneiden Nach Abr umen der alluvialen Ablagerungen vom Fels konnte der Ausbiss dieser mehrere Meter seeseits des Mauerfusses liegenden Kluftzone tats chlich festgestellt werden Zur Abdichtung der offenen Diskontinuit ten deckte man die freigelegte Felsoberfl che am seeseitigen Mau erfuss mit einer PVC Folie grossflachig ab und erg nzte das Drainagesystem Bis heute an dauernde Kontrollmessungen best tigten die Richtigkeit der Hypothese ber die Ursache der aufgetretenen Schwierigkeiten sowie die Wirksamkeit der getroffenen Massnahmen 11 3 2 Piezodexmessungen Die Bestimmung piezometrischer H hen entlang von Bohrungen m Fels bildete einen zentra len Bestandteil des erl uterten Forschungsprojektes Hierf r wurde eigens das Piezodexmess system entwickelt das m Geg
151. Sedimentgesteinen und berkonsolidierten feink rnigen F llungen fest Bei Tiefen und Ganggesteinen ist eine solche Abh ngigkeit kaum bei Ergussgesteinen praktisch berhaupt nicht zu beobachten 7 13 7 45 H ufig erfolgt die Reduktion schleichend so dass Schwierigkeiten erst nach Jahren auftreten Eine Erh hung des Wasserdrucks u verringert die wirksame Spannung co zwischen den K r nern und damit den Scherwiderstand 7 c o u tan g Abb 7 9 Wird der Felsuntergrund belastet so k nnen Wasser berdr cke 4u entstehen Ohne Entspannung liegt ein undrai nierter Zustand vor bei welchem das Poren oder Kluftwasser die gesamte Zusatzbelastung aufnimmt F r Gesteine und feinkornige F llungen mit einer geringen Durchl ssigkeit sollte daher kurzfristig die undrainierte Scherfestigkeit s angesetzt werden 7 46 Bei den brigen Gesteinen F llungen und Trennfl chen klingen solche Wasser berdr cke rasch ab drai nierter Zustand so dass man die drainierte Scherfestigkeit verwendet Bei Erdbeben bleibt der Zustand undrainiert Ob f r die Stabilit t potentieller Bruchk rper das kurzfristige oder langfristige Verhalten massgebend ist muss m Einzelfall untersucht werden Bei Erdbeben kann in feink rnigen F llungen eine nderung der Porenwasserspannung zu einer vor bergehenden Festigkeitsreduktion f hren Eine solche Gefahr besteht jedoch nur bei Materialien die s ch infolge Kornverteilung Lagerungsdichte u
152. Sicherheit und Wirtschaftlichkeit auf dem sich der Ingenieur bewegen muss bleibt schmal Eine Aufsplitterung der an sich schon kleinen Sicherheiten in Teilbetr ge an verschiedenen Stellen ist deshalb nicht geeignet die Arbeit bei gleichbleibender Effi z enz transparenter zu gestalten 8 29 Zudem bevorzugen viele Fachleute unverf lschte Pa rameter weil sie damit ein physikalisches Gesp r f r die Fragestellung entwickeln anstatt hypothetische Berechnungen mit korrigierten Parametern durchzuf hren 8 1 8 3 Probabilistische Sicherheitsdefinition Bei dieser Sicherheitsdefinition wird die Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit Py an gestrebt Py ist im strikt mathematischen Sinne die quantitative Absch tzung der M glichkeit f r das berschreiten eines Grenzzustandes Anschliessend stellt man der berechneten Versa genswahrscheinlichkeit eine theoretisch zul ssige gegen ber friction angle In these cases the required safety factor of the friction angle can be equal or superior to that of the cohe sion The contrary happens in little dams or when the loads are not very high 8 34 Es herrscht keine einheitliche Auffassung weil man einerseits mit der Parameter und Modellunsicherheit ringt anderer seits ein System von rein empirischen Werten sucht das im Durchschnitt eine hohe bereinstimmung mit fr her ausge f hrten Konstruktionen aufweist deren Abmessungen sich bisher als vern nftig gezeigt haben Gerade bei Staum
153. Versuch ist umstritten weil der Normdruck gen gt um Trennfl chen aufzusprengen 3 26 3 46 3 47 42 3 Beschreibung eine ausreichende Zeitspanne vorhanden ist Die prim re Durchl ssigkeit ist weitaus geringer als die sekund re ausser der Kornverband sei weitgehend entfestigt und damit auch leicht erodierbar 3 48 Je nach Textur kann eine geringf gige Richtungsabh ngigkeit vorkommen Trennfl chen Die sekund re Porosit t ist v a bei offenen Kl ften ohne F llung kaki ritgef llten St rungen und Ruschelzonen von Belang Bei der sekund ren Durchl ssigkeit lassen s ch folgende F lle unterscheiden Die Durchstr mung einer Trenn fl che einer Trennfl chenschar mehrerer Scharen sowie jene ein zelner markanter Trennfl chen Die Lage von Trennfl chen be z gl ch der Durchstr mungsrich tung interessiert vorwiegend bei St rungen und aktiven Kl f ten die Form ist weniger von Abb 3 14 Bedeutung Von der Raumstel lung Erstreckung Materialbr c kenl nge Verteilung und vom Abstand pro Schar sowie von der Anzahl Scharen h ngt ab inwieweit die Trennfl chen hyd raulisch miteinander verbunden sind Netzwerk Ein dichter Felsuntergrund ist ein Indiz f r das Fehlen zusammenh ngender und offener Trennfl chen Unebenheit und Rauhigkeit reduzieren die Benetzung der Oberfl chen bewirken eher r hren denn fl chenf rmige Fliesswege Abb 3 14 und setzen die Str mungsgeschwindigkeit herab
154. Winkel der inneren Reibung g sind die effektiven Scherparameter des Ge steins In Abbildung 7 6 b erscheint das Ergebnis jedes Versuches als Punkt 1m Hauptspan nungsdiagramm Diese Darstellung hat den Vorteil dass sich die mittleren Scherparameter mit Hilfe einer ausgleichenden Geraden direkt bestimmen lassen In beiden Diagrammen trennt die MOHR COULOMB sche Bruchgerade Spannungszust nde f r welche die Scher festigkeit des Gesteins berschritten oberhalb oder noch nicht erreicht ist unterhalb Auch nach berschreiten der H chstfestigkeit kann das Gestein noch Schubspannungen in einem begrenzten Umfang bertragen Dies erfolgt vor allem ber Reibung wobei der Restrei bungswinkel oc nicht mit g bereinstimmen muss Der Restwert der Koh sion cc liegt sofern noch vorhanden deutlich unter cg Bruchgerade roy a O OJG O3 m b f A 0 gt Ar lt 0 d B a Mme N Bruchgerade _ Fi T Cototan po O 2 J K OQ ei s 2 D p 2 Fal _ 2Co COS Pa D 7 x oe 4 sin pd ra 1 sin ga a m a 1 sin p3 Co dG oa gt 03 Or 0 05 Normalspannung o Seitendruck o Abb 7 6 MOHR COULOMB sches Bruchkriterium f r Gestein im a t o Diagramm und b Hauptspannungs diagramm 7 25 106 7 Festigkeit Im anisotropem Gestein h ngt die Festigkeit von der Richtung der Hauptspannung ab 7 25 Die Bruchfl che ist durch die Paralleltext
155. Zusammenh nge zwischen der Fliessgeschwindigkeit und dem in der Trennfl chenebene wirksamen Gradien ten in Abh ngigkeit von Spaltweite und relativer Rauhigkeit verdeutlicht Abbildung 6 3 Die exemplarische Auswertung der Widerstandsgesetze f r verschiedene F lle zeigt dass turbu lente Str mungsverh ltnisse nur bei vergleichsweise hohen Gradienten im Gr ndungsk rper von Talsperren durchaus m glich bzw grossen Spaltweiten auftreten F r die Praxis ist der Verzicht auf eine genaue Ber cksichtigung der jeweils g ltigen Fliessgesetze unbedeutend Ausgehend vom Modell des Untergrundes Kapitel 4 2 von den Gesetzm ssigkeiten der Spaltstr mung n einer Trennfl che und von der Annahme unendlich ausgedehnter Trennfl chen lassen sich Modellvorstellungen f r die Sickerstromung im Fels ableiten Dabei k nnen grunds tzlich zwei Wege beschritten werden Beim diskontinuierlichen Modell bildet man die Trennfl chen der einzelnen Scharen als kommunizierendes System ebener Wasserleiter nach Beim kontinuierlichen Modell hingegen wird f r den Gr ndungsk rper eine quasihomogene anisotrope Durchl ssigkeit angenommen Abb 6 1b Sie l sst sich nach Snow 6 40 in Form eines Tensors aus der Geometrie und den hydraulischen Eigenschaften der Trennfl chen berechnen Bedingung daf r ist dass diese innerhalb einer Schar die gleiche ffnungs weite und den gleichen Abstand aufweisen 6 41 Eine solche Naherung durch ein verallge The
156. a ble Maximum Flood Letzteres str mt mit dem h chst zul ssigen Wasserspiegel ber das Sperrenbauwerk 6 3 Zugspannungen im Felsfundament nahe dem seeseitigen Mauerfuss k nnen Trennfl chen aufreissen lassen wodurch sich lokal die Wasserwegigkeit erh ht und das Potentialfeld ndert Der h here Gradient hat konzentriertere Str mungs kr fte zur Folge die generell ung nstiger gerichtet sind 6 30 6 3 Wasser 89 a b Ah v g E hay A H U U U A U U U E E N 1 FE U Yy Ayy U Yy Dw N U u Str mungskraft S 7 V cuftk rper Auftrieb A Yw V kuftk rper Auftrieb A Yw V kuftk rper Gewicht G Yeaunk mer V kuufk rper Gewicht G Yur rper VKuttk rper Abb 6 4 Druckverteilung an einem Kluftk rper bei a ruhendem und b str mendem Bergwasser e Porenwasserdruck Der als Piezometerdruck gemessene Wasserdruck u ug Au in den Porenhohlr umen des Gesteins oder der Kluftf llung ist eine zeitabh ngige Zustandsgr s se Er wird auch neutrale Spannung genannt und wirkt allseitig Er setzt sich aus dem hyd rostatischen Porenwasserdruck uo sowie dem Porenwasser ber bzw
157. a im weichen tonreichen oder intensiv gekl fteten bzw stark verwitterten Fels 5 18 5 31 Theoretisch w re damit auch eine Translation entlang von drei oder mehr Teilfl chen denkbar wenn ihre Schnittlinien exakt parallel verlaufen w rden In der Realit t trifft dies nie ein weil eine solche Konstellation rein geometrisch prak tisch ausgeschlossen ist Zudem w rde die Behinderung der Dilatanz mit einer Erh hung des Scherwiderstands einherge hen 78 5 Kinematik a b c d e Abb 5 20 bersicht aller kinematisch m glichen Translationen f r einen Bruchk rper mit zweiteiliger Kon taktfl che a Schematisch als Kugelsektor b und c Gleiten auf einer Ebene d Gleiten auf zwei Ebenen und e Abheben m beschreibt jeweils eine zul ssige Translation Es liegt auf der Hand dass die Mauerart den Bruchmechanismus bis zu einem gewissen Grad mitbestimmt So ist z B eine Translation parallel zur Kronenachse einer Gewichtsmauer kaum in Richtung der Kronenachse einer Bogenmauer nur an deren Enden m glich Bei einer Pfeilermauer hingegen ist dies sehr wohl vorstellbar Abb 5 6 Abbildung 5 21 illustriert hierzu einige potentielle Bruchk rper unter der Aufstandsfl che dreier verschiedener Mauern Ist eine Translation kinematisch ausgeschlossen so liegt nicht zwingend ein tragf higes Fels fundament vor weil immer noch ein Versagen durch Rotation oder Kreiselung auftreten k nnte Und selbst wenn im konkreten Fa
158. abe berpr ften a no aktuellen oder provisorischen Werten Letztere berschreiben bei korrektem Abb 107 Datenarten Schliessen der Dialogfelder die aktuellen Werte Jeder Berechnungsschritt basiert auf einem Satz Eingabedaten und endet mit der Ausgabe von Zwischenresultaten die wieder um Eingabedaten f r nachfolgende Teilprogramme bilden Bei den Daten Abb 10 7 unter scheidet man zwischen Gra phik und Textdaten Zei 1 Solids y Bruchk rper i Attribute chenelemente resp Text i ee Zahlenwerte Um grosse megions Kontaktfl che S F 1 53 schwierig zu handhabende A a m Zeichnungsdateien zu ver lt 3 Regions Abl sefl che nz meiden werden die einen in S 4 Lines Einzelkraft AT der AutoCAD Zeichnungs N E datei DWG die anderen ae ede in einer externen Datenbank 4 5 ABL gespeichert Abb 10 8 Organisation graphischer Daten mit Layern die gleich artige Zeichnungselemente und Attribute beinhalten Das Speichern von DWG Files dauert lange und erfolgt nur bei Beendigung von AutoBlock oder auf speziellen Wunsch Demgegen ber wird das ABL File sehr klein geht deshalb schnell bei jeder relevanten Ver nderung ge speichert um das Projekt selbst bei einem Systemabsturz jederzeit bis zum aktuellen Stand regenerieren zu k nnen 10 2 Beschreibung 149 Die Organisation der graphischen Daten stiitzt sich auf Zeichnungselemente denen man In format
159. agte spr dbruchartig eine Woche nach Vollstau nachdem 24 h vorher ver mehrt klares Sickerwasser aus dem rechten Felsfundament ausgetreten war Der Untergrund gliederte sich in drei Teile Abb 4 5 6 Das obere rechte Widerlager wurde von einem gekl fte ten z T mit Ton oder Gips gef llten Konglomerat gebildet das nur im trockenen Zustand eine geringe Festigkeit aufwies Es folgte eine ca 1 2 m dicke St rungszone mit Tonf llung Sie strich parallel zur Tall ngsrichtung und biss auf der rechten Talflanke aus Darunter erstreckte sich ein Schiefer geringer Festigkeit bis zum linken Widerlager der parallel zur Felsb schung einfiel Die Ursache f r das Versagen blieb unklar Neben einem Aufweichen des Konglomerates Wasser 52 4 Tragwerk sickerte evtl l ngs der St rung ein wurde auch eine Instabilit t im Bereich des linken Mauerwi derlagers f r m glich gehalten Spuren einer Flutwelle im Staubecken vorhanden Nach dem Versagen blieb ein Mauerblock stehen der im Fels 6 9 m lange Drainagebohrungen aufwies 14 cm in Richtung Luftseite 15 cm seitlich verschoben Luftseitig des linken Mauerwiderlagers bildete sich infolge Untersp lung des B schungsfusses ein instabiler Felsbereich bis 61 m weiter oben In der Flutwelle staroen 426 Personen Tigra IN Matrix Mauerwerk Sedimentgestein Kenndaten H he L nge 26 1341 m Fertigstellung 1917 Versagen 1917 Ersteinstau Ph nomen Die Staumauer wurde w hrend eines Hochwa
160. ah men innerhalb gewisser Grenzen ist 6 43 Selbstredend darf eine Reduktion des Auftriebs In Abweichung zu folgender Auffassung For checking the stability against sliding along a deep plane in the rock it is generally assumed that the full reservoir head acts at the line of the grout curtain varying linearly to the line of drains to a value of tailwater head plus 1 3 of the difference of reservoir and tailwater and then linearly to tailwater at the line where the geologic plane intersects the free tailwater 6 47 6 3 Wasser 91 nur dann in Rechnung gestellt werden wenn man nachweisen kann dass die Drainagen w hrend der ganzen Nutzungsdauer wirksam bleiben Bei Gewichtsmauern wurde der Sohlwasserdruck schon fr h als ussere an der Gr ndungsfl che angreifende Belastung ber cksichtigt Im Unterschied dazu kann er bei Pfeilermauern nur in der Aufstandsfl che der Pfeiler bzw in der Kontaktflache der Stauwand mit dem Untergrund wirksam werden unmittelbar dahinter ist der Wasserdruck eine unterbrochene Sohlplatte vorausgesetzt entspannt Des kurzen Sickerwegs wegen s nd stattdessen der hydraulische Gradient und damit die Erosionsgefahr viel gr sser als bei einer Gewichtsmauer Auch bei Bogenmauern steht dem Vorteil eines geringen Sohlwasserdrucks der Nachteil eines hohen Gradienten gegen ber e Schirmdruck Der Schirmdruck entspricht dem Differenzwasserdruck auf den Dichtungs schleier infolge des lokal h heren Gradi
161. aktor Gebrauchslastniveau oder erh hen entsprechend die Gebrauchslast Bruchwiderstandsni veau 8 14 Die w derspr chlichen Definitionen st ren in dem Sinne dass die Gefahr eines Tragwerkversagens bei gleichem Sicherheitszuschlag verschieden sein kann I Nachweis auf Gebrauchslastniveau Die Sicherheit gegen Abgleiten eines potentiellen Bruchk rpers unter dem Einfluss einer Re sultierenden wird durch einen Globalsicherheitsfaktor yg ausgedr ckt der das Verh ltnis des maximal m glichen Scherwiderstandes Smax zur vorhandenen resultierenden Scherkraft S de finiert yg Sna l S T 8 15 Mit dem MOHR COULOMB schen Bruchkriterium f hrt dies zu T o tan yg c yg yg kann damit als Zahl interpretiert werden durch welche die beiden Scherparameter dividiert werden m ssen um Grenzgleichgewicht zu erhalten 8 16 Der Sicherheitszuschlag entspricht einer Festigkeitsreserve Als Reduktionsfaktor von 7 ist er ein Mass f r die Unsicherheit bei der Festlegung der Festigkeit Der Quotient Tt yg kann auch als Grad der mobilisierten Scherfestigkeit ausgelegt werden 8 17 Passive Erddrucke Abb 5 8 Kap 6 4 eine Zugfestigkeit oder eine effektive Kohasion Kap 7 2 1 bleiben je nach Land und Autor unber cksichtigt In der einschlagigen Fachliteratur existiert neben diesem 1m Bauingenieurwesen allgemein blichen Sicherheitsbegriff eine weitere Definition die man v a n der Bodenmechanik 1m mer wieder antr
162. alee ehren 12 ee Pa Dao 82 EKOE Rep renneermr ese tererrert eet E 12 PRE IO AG ANT AVGRURD E cer NTT Meee ee en earn nme nen 14 2 4 3 Bautechnische Massnahmen sauna leet dented de leds aaanadlca ns este adic 15 2A Unteritd isehe OMIM AUG uses ea de ecco neta ta ds hse orcelaca alan eta oan ates 17 253 Sichetheitskonzent als u 17 2 0 DIS eine een een mere nT Mn ears Terre ne enter terre 21 3 BESCHLEIDUDE tanken Bu Sinnen li iienesiseh 25 3 ak CGD LC RL GH ela 0 Koc we er ES N 26 IS SINE AUCH O ee este hessen een 27 1 2Ge land lo nannte ee ee 28 Sl gt Fl che neue ee ee ae ee ee een ee 30 31 4 Kofpsehiee nn er Re One 34 3 2 SOU OMS eN Seger esse A E E E A 34 3 2 1 Malte ses esse ee at Gal bee ee cautl t 34 322 PREM AC VC EE EE E O T E N ee Seele 36 IWW Teens AAR T EA A AEA TE 40 3 ATE ee ee ee ee 43 4 TAO WEIK aereoa E E O 45 PE DE O e A S O a ee 45 42 Modelldes Untersrundes sans RE 46 4 3 Versa eens Mech an Da ae ee ren ea 48 AS RUO E Sessa acct acheter cc ccc ea otc a ete esse 48 MEK DA See eee LS ee eee ER re eee re ee ee 54 44 Stabililalsunlers chunes iii sell 55 tk Mode llanforderun sen nennen ea ern eree 55 4 32 CIS OSC UO CU a 57 AALS Theoretische Formulferuns nee a srw teeters ean itn aon dnwsbaioara besa 58 VI 10 Inhaltsverzeichnis Kena secara satacccancesecscanscesscesecusedessacexdecbseavescasaaceseecsusceasecsetceesuceeabses 63 IL BACKROOM a es ke ea headed 64 PLADA
163. alisiert und beschrieben sowie bestehende Sicherungsmassnahmen festgehalten Die Informationen entstammten eigenen Feldaufnahmen mehreren Begehungen mit den Geologen und der Auswertung bereits vorhandener Grundlagen 12 3 Gesicherte Erkenntnisse 179 Abschnitts F grenze Strassenrand Abschnitts I X grenze Einsehbarer Bereich Durch Vegetation verdeckter Bereich Durch Lockergestein verdeckter Bereich a Uy nn Strassenrand 0 10 20 m Abschnitt N Abb 12 6 Schematische Darstellung der einsehbaren und verdeckten Bereiche im Abschnitt N ober und unterhalb der Bristenstrasse 12 3 1 Registrierte Ereignisse Eine vom Bauamt nachgef hrte Dokumentation g bt Auskunft ber Ort Ausmass Jahreszeit Witterung und Sch den zur ckliegender Ereignisse Der im alpinen Raum bliche Steinschlag wurde im Einzelnen nicht protokolliert Im Laufe des letzten Vierteljahrhunderts verzeichnete man in den Teilen 1 und 2 insgesamt 10 Felsabbr che mit einem gr ssten Einzelereignis von 600 m Als aufschlussreich erwies sich eine Begehung mit dem Strassenmeister der zus tzli che Beobachtungen zu Steinfall und Eisbildung sowie erg nzende Informationen zu weit zu r ckliegenden Schadenf llen vermitteln konnte 12 3 2 Topographie Die Beschreibung der Topographie umfasst neben der Niveauliniendarstellung Erl uterungen zur unmittelbaren Umgebung jedes Teilgebietes und detailliertere Ausf hrungen zu den Ei
164. allf llige Kontakt kr fte Letztere h ngen vom Bruchmechanismus ab Vier F lle k nnen unterschieden werden e Gleiten auf einer Ebene Verschiebung entlang einer Trennfl che in Richtung der resultie renden Kraftkomponente parallel zur Trennfl che e Gleiten auf zwei Ebenen Verschiebung entlang von zwei Trennfl chen in Richtung der re sultierenden Kraftkomponente parallel zur Schnittlinie e Abheben e Keine Bewegung z B infolge Verhinderung durch umliegenden Fels In den beiden ersten F llen k nnen weitere Trennfl chen involviert sein von welchen sich der potentielle Bruchk rper weg bewegt Im dritten Fall l st er sich von allen Kontaktfl chen Welcherart ist nun die Abh ngigkeit zwischen der Bewegungsrichtung m eines potentiellen Bruchk rpers und der an ihm angreifenden Gesamtresultierenden R Da jede Bewegung des Felsk rpers durch R verursacht wird muss die Translation in Richtung der positiven Kompo nente von R stattfinden R m gt 0 6 63 Zusammen mit der in Kapitel 5 3 formulierten ki nematischen Bedingung m gt 0 f r jede Teil bzw Trennfl che schr nkt diese kinetische Auflage die Bewegungsrichtung des potentiellen Bruchk rpers ein Im Extremfall wird jede Lagever nderung verhindert Erlauben die beiden Bedingungen einen Bereich von zul ssigen Richtungen so wird die Bewegung des Felsk rpers in Richtung der maximalen positiven Komponente der an ihm angreifenden Gesamtresultierenden erfolgen R m
165. alpasset f hrte Ende der Fiinfzigerjahre eine Meinungs nderung herbei Sie bewirkte ein so starkes Interesse f r die bisher wenig beachte ten felsmechanischen Grundlagen dass sich schliesslich ein eigenst ndiger Wissenszweig als Pendant zur Bodenmechanik entwickeln konnte Theoretische Analyse und praktische Erfahrung lehren dass m Felsfundament nahe der Gr ndungsfl che zwei kritische S tuationen m glich sind die zu einem Versagen f hren k n nen Es sind dies e Die Bildung eines instabilen Felsk rpers dessen Begrenzungsfl che mit vorhandenen Fehlstellen zusammenf llt wie z B in Austin US 1911 oder Malpasset FR 1959 4 27 4 28 e Das Nachgeben eines Felsbereichs aus weicherem l slichem st rker zerlegtem Gestein oder als Folge von Porenwasserdruck nderungen etc wie z B in Lake Lanier US 1926 oder in Zeuzier 1978 4 27 4 29 a b Zonen mit erh hter Verformbarkeit ny c Abb 4 3 Kritische Zust nde a Bildung eines instabilen Felsk rpers b Bildung eines instabilen Felsk r pers ber nachgiebigem Felsbereich c Nachgeben eines Felsbereichs Setzung Die fr her oft zitierte Wahrscheinlichkeit eines Talsperrenversagens 10 ist deshalb unbegr ndet Zudem ist nicht nur der Zeitraum kritisch dem Daten entnommen werden auch die G te der Daten spielt eine wichtige Rolle 4 22 4 23 1993 schreibt ICOLD
166. alverteilung etc angegeben werden Abweichungen von der Regelm ssigkeit sowie eine Rich tungsabh ngigkeit sind zu erw hnen Angesichts der vielen Kennwerte mit unter schiedlicher Aussagekraft kommt einer ad quaten Darstellung der Erkenntnisse hohe Bedeutung zu So wird z B die Raumstellung mehrerer Trennfl chen im Kluftfl chen diagramm abgebildet Es beruht auf einer stereographischen Projektion bei der die einzelnen Fl chen und Lineare in eine untere geographisch orientierte H lfte der La genkugel gestellt und die Schnittbeziehungen Fl chen Lineare mit dem Kugelmantel ausgewertet werden Abb 3 7a Die jeweiligen Wertepaare entsprechen einem Gross kreis Grosskreisdarstellung oder Polpunkt Durchstosspunkt der Fl chennormalen Zur bersichtlichen Darstellung vieler Fl chen projiziert man die untere Halbkugel auf eine Ebene mit Gradnetzvorlage wobei neben der winkeltreuen WULFF vor allem die fl chentreue Projektion LAMBERT SCHMIDT zur Anwendung gelangt Sie projiziert jeden Winkel auf der Oberfl che der Referenzsph re fl chentreu auf die Horizontalebene und l sst die jeweiligen Streubereiche als Polhaufen erscheinen Abb 3 7b Sie bilden die Grundlage zur Beurteilung der H ufigkeit von Trennfl chen und zur Bestimmung von Extremwerten Zur besseren bersicht scheidet man oft Felder gleicher Belegungs dichte aus Dichteplan mit Polpunkten pro Fl chenprozent Abb 3 7 c und legt statisti sche Masszahlen fest Scharen
167. an den Trennfl chen in Wechselwirkung stehen Die Blockabmes sungen entsprechen den Abst nden des Fl chengef ges Der bergang vom Kontinuums zum Diskontinuumsmodell ist fliessend in der Literatur finden sich sogar Kombinationen zu einem hybriden Modell Sie wollen einerseits bereichsweise ein unterschiedliches Verhal ten andererseits die Transformation des Festgesteins vom Kontinuum zum Diskontinuum nachbilden 9 22 St rungszone St rungszone 0 200 m Abb 9 4 Nichtlineares elasto plastisches Finite Element Modell der 220 m hohen Bogenmauer Longtan CN samt Sperrstelle und drei markanten St rungszonen je 50 cm dicke Kluftelemente Mo dellabmessungen 2 300 m breit 1 600 m lang 860 m hoch Programm COBEF3 9 20 132 9 Untersuchungsmethode Kontinuumsmodelle Als Beispiele f r numerische L sungsverfahren sind die Finite Element Methode die Finite Dif ference Methode und die Boun dary Element Methode zu nen nen S e diskretisieren entweder das gesamte Kontinuum FEM FDM oder beschr nken s ch auf dessen Umrandung BEM Die Abmessungen des Untersu chungsgebietes w hlt man ausrei chend gross um Randeinfl sse weitgehend auszuschalten Abb Abb 9 5 Finite Element Netz der 85 m hohen Mehrfach 9 5 Verschiedene Elementtypen gew lbemauer Cambambe AO ihr geomecha Hua Kuoreen bildende nisches Modell zeigt Abbildung 9 3 9 15 Tragwerk nach wobei jedem Element separate Eigenschafte
168. annten Bruchk rpern hervorrufen Abb 1 2 Ist eine Gleitbewegung solcher Bruchk rper kinematisch m glich so liegt eine f r die Stabilit t des Tragwerks potentiell kritische Situation vor die weiterer Abkl rungen bedarf Dies belegen auch die Dam Safety Guidelines der der International Commission on Large Dams 1 1 die einen Bruch m Fundationsbereich als wichtigste Ursache f r das Versagen von Betonmauern bezeichnen Abb 1 1 Ansicht der Bogenmauer K lnbrein A welche den Druck des aufgestauten Wassers ber Bogenwirkung auf die Talflanken bertr gt Das Tragwerk setzt sich dabei aus der k nstlichen Betonmauer und dem nat rlichen Felsuntergrund zusammen der von Trennfl chen durchzogen ist Bild IGT 2 1 Einleitung c Abb 1 2 Typische Beispiele f r das Vorkommen instabiler Felsk rper a in den Talflanken des Stauraumes b unter der Staumauer im Talboden oder c in den Talflanken an der Sperrstelle 1 2 Das Abgleiten von Felsk rpern aus dem Gesteinsverband ist nicht nur an der Sperrstelle son dern auch an den Talflanken des Stauraumes m glich Abb 1 2 Dort wird das Ph nomen h ufig l ngs der Seeuferlinie im Fluktuationsbereich des Wasserspiegels beobachtet Die 1m Falle einer Instabilit t in den Stausee eintauchende Sturzmasse bewirkt eine Schwallwelle die ber die Talsperre schwappen kann Die Erfahrung lehrt jedoch dass dies weniger f r die Stabilit t von Staumauern als vielmehr f r je
169. anordneten Die gleichen Baumeister haben auch die erste Gew lbereihenmauer ES und die erste Bogenmauer FR erstellt Gewichtsmauer Pfeilermauer Bogenmauer N Fels Abb 2 5 Gewichts Pfeiler und Bogenmauer im Grundriss und Querschnitt gt i gt 14 2 Grundlagen Die im Vergleich zu Staud mmen um eine Gr ssenordnung geringere Sohlenbreite von Stau mauern l sst den Schluss zu dass f r deren Stabilit t die Eigenschaften der Fehlstellen 1m Fels z B deren r umliche Erstreckung von besonderer Bedeutung sind Dieses Problem stellt sich umso mehr als bei schlanken Bogenmauern die Festigkeit des Konstruktionsma terials ausgenutzt wird und rtlich betr chtliche Kr fte in den Untergrund eingeleitet werden Bei D mmen hingegen spielen Trennfl chen im Fels nur dann eine Rolle wenn ihre Ausdeh nung mindestens derjenigen der Sohlenbreite entspr che oder ein lokales Versagen z B infol ge innerer Erosion zu bef rchten w re Solche Bedingungen sind aber nur in Ausnahmef llen gegeben wie beispielsweise in Waco Baldwin Hill oder Teton US 1961 63 76 2 17 Verteilung Weltweit werden rund 40 000 Sperrenbauwerke ber 15 m H he gez hlt wovon nur ein Pro zent h her als 100 m ist Etwa 83 aller Staubauwerke sind Staud mme die brigen Stau mauern Total gibt es etwa 2 500 grosse Staumauern aus Mauerwerk davon Zweidrittel in Asien v a in China und 4 500 aus Beton Bei den Betonmauern
170. ar Der vor Bau beginn im Fundament herrschende Prim rspannungszustand beeinflusst die Sicherheit gegen Abgleiten sehr l sst sich indes nur schwer voraussagen 9 67 Eine inkrementelle elastoplas tische Berechnung an einem r umlichen Tragwerksmodell erweist s ch als komplex Die sorg f lt ge Auswahl und Eingabe aller notwendigen Parameter erfordert eine berdurchschnittli che Erfahrung Oft erlaubt erst eine Kalibrierung der Berechnungsresultate mit Versuchen an physikalischen Modellen eine vorsichtige Extrapolation auf andere Problemstellungen Die Verwendung immer raffinierterer theoretischer Modelle f r die Beschreibung des Material verhaltens tauscht eine fiktive rein rechnerische Genauigkeit vor 9 68 Das Verfahren selbst zielt v a auf die Bestimmung kleiner Verformungen im Kontinuum Ein Bruchzustand gilt als erreicht wenn die Berechnung mathematisch nicht mehr konvergiert dies hangt jedoch auch vom verwendeten Algorithmus bzw der Programmierung ab Fur die Identifikation von po tentiellen Bruchk rpern sind solche Modelle wenig geeignet ihre Starke liegt vielmehr in der umfassenden Bearbeitung ausgesuchter Fragestellungen an einem vorgegebenen Felskorper Diskontinuumsmodelle kommen nur im gekl fteten Hartgestein n Betracht Sie erfordern genaue Kenntnisse ber das Fl chengef ge wird doch jede Trennfl che separat eingef hrt F r ein r umliches Modell angemessener Gr sse muss ein erfahrener Benutzer die f r d
171. arrer auf ebenen Fl chen gelagerter K rper und die Anwendung der Ergebnisse auf die Standsicherheitsberechnung von Felsb schun gen Ver ffentl des Inst f r Bodenmech und Grundbau der Techn Hochschule Karlsruhe Heft 20 Karlsruhe LONDE P 1965 Une m thode d analyse a trois dimensions de la stabilit d une rive rocheuse Anna les des Ponts et Chauss es No 1 Paris LONDE P VIGIER G VORMERINGER R 1969 Stability of rock slopes a three dimensional study J Soil Mech Found Div ASCE 95 1 DEVELAY D LIGNIER P 1996 The use of shear keys in the foundation treatment of Katse dam Hydropower amp Dams Issue Three COCHET P FROSSARD E YZIQUEL A LONDE P 1991 Barrage vo te de Turkwel au Kenya conception et r alisation des appuis des voiles d injection et de drainage en site rocheux tr s rai de In Question 66 Report 6 ICOLD 17 Congr Wien SUKLIE L DRNOVSEK J 1967 A threedimensional stability analysis of foundation of arch dams based on fissured rock In Question 32 Report 60 ICOLD 9 Congr Instanbul HENDRON A J CORDING E J AIYER A K 1971 Analytical and graphical methods for the analysis of slopes in rock masses U S Army Engineering Nuclear Cratering Group Technical Report No 36 Illinois HOEK E BRAY J W BOYD J M 1973 The stability of a rock slope containing a wedge resting on two intersecting discontinuities Q Jl Engng Geol Vol 6 H
172. arstellungs und Visualisierungswerkzeuge zur Verf gung die eine Stabilit tsanalyse mit einer Vielzahl von potentiellen Bruchk rpern f r praktische Probleme erst gestatten Dank diesen Werkzeugen versetzt AutoBlock den Ingenieur n die Lage das Fl chengef ge m Felsuntergrund zu erfassen und gleitgefahrdete Bruchk rper mit minimalem Aufwand bei maximaler Zuverl ssigkeit zu untersuchen Im dritten Teil der Arbeit konkretisieren vier Fallbeispiele aus der Praxis die theoretischen Ausf hrungen Es handelt sich um Projekte die der Autor nach der hier dargelegten Methodik bearbeitet hat Ein Beispiel behandelt die felsmechanischen Untersuchungen zur Gef hrdung der Bristenstrasse einer Bergstrasse in einer weitl ufigen sehr steilen Felsb schung unterhalb von St Antoni Bei den anderen Beispielen steht je eine Felsfundation im Zentrum der Be trachtungen sei dies f r eine Verbundbr cke bei Muro Lucano Italien f r eine Gewichts mauer mit Hohlr umen Albigna oder f r eine Bogenmauer Valle di Lei Alle vier Anwen dungen vertiefen anschaulich wesentliche Aspekte der vorgeschlagenen Vorgehensweise Sie sollen dem Ingenieur n der Praxis aufzeigen w e man m konkreten Fall Stabilit tsprobleme im bert gigen Felsbau mit wissenschaftlichem Anspruch l st Der Schl ssel f r fundierte Untersuchungen zur Stabilit t der Felsfundamente von Staumau ern liegt weniger n der Fokussierung auf unabh ngige Einzelaspekte als vielmehr
173. at uses these models Numerical models can incorporate lateral stresses but most analyses using these models are based on a very simple approximation in which the horizontal stress applied to the model is some proportion of the vertical stress 6 53 6 5 Kombination 93 Eisdruck Sich an der Maueroberfl che festsetzendes Eis ist bei niedrigeren Sperren nicht zu vernach lassigen 6 6 Der Eisdruck kann dabei gr sser als die hydrostatische Belastung werden Die in der Literatur angegebenen Werte streuen zwischen 20 und 300 kN m 6 54 6 55 Explosion Anprall Wellen Wind Die Eintretenswahrscheinlichkeit einer Explosion infolge Sabotage oder Krieg sowie des An pralls eines Flugk rpers o ist so gering dass wir auf solche Ereignisse nicht n her eingehen 6 56 Sie geh ren zum bewusst akzeptierten Restrisiko dessen vollst ndige Eliminierung nicht m glich oder nicht zweckm ssig ist Hingegen kann eine instabile Masse Fels Erd rutsch Schnee Eislawinen das Tragwerk direkt oder indirekt beanspruchen Anprall von oben bzw von Schwallwellen 6 6 Sollten hierf r Anzeichen vorliegen so ist eine separate Untersuchung angezeigt Windinduzierter Wellenstoss ist f r die statische Stabilit t der Mau er ebenso wenig von Bedeutung wie die am Sperrenk rper angreifende Windkraft 6 5 Kombination Nach SIA 260 6 1 gr ndet die Bemessung eines Tragwerks auf sog Bemessungssituationen Sie umschreiben die physikalischen Gegeben
174. auern fehlt jedoch eine breit abgest tzte Erfahrung da diese bekanntlich Unikate darstellen 124 8 Sicherheitsdefinition Die vorhandenen Unsicherheiten der einzelnen Parameter werden mathe matisch in Dichtefunktionen erfasst Diese lassen sich durch den Typ z B Normalverteilung die Bandbreite Xmin Xmax und einen Referenzwert Xref beschreiben der in der Regel dem wahrscheinlichsten Wert ent spricht Die Kurven der Verteilungs dichte zeigen anschaulich die Wahr scheinlichkeit mit der die Gr sse bestimmte Werte annehmen kann Die Wahl geeigneter Dichtefunktio nen h ngt von den zur Verf gung stehenden Informationen ab Fasst man alle Werte f r den Widerstand R H ufigkeit Grosse Streuung Rn e Streuung SZ Pgross P klein Auswirkung E bzw Widerstand R Abb 8 3 Beziehung zwischen E Rund P p E gt R bei konstantem y4 Rm Em Die Sicherheit ist umso gr sser resp Py umso kleiner je weiter die H ufigkeitskurven auseinander lie gen und je geringer die Streubreite ist und die Auswirkung E zu je einer Kurve zusammen und tr gt beide Kurven in einem gemein samen Achsenkreuz Abb 8 3 auf so liegen sie entweder nebeneinander R E gt 0 Kein Versagen oder berschneiden sich R E lt 0 Versagen Die Versagenswahrscheinlichkeit Pr p E gt R d h die H ufigkeit f r das Auftreten der Konstellation E gt R entspricht der eingef rbten Fl che in Abbildung 8 3 Be
175. auf einer qualitativen Sch tzung Wenn n absehbarer Zeit mit einer Instabilit t eines Felsk rpers gerechnet werden muss ist die Eintretenswahrscheinlichkeit hoch m langfristi gen Fall gering Das Schadensausmass beinhaltet die Gesamtheit aller Kosten die sich aus einem Ereignis ergeben Je nach Ort der Instabilit t Ausmass Gel nde und Strassenverlauf wird eine Sturzmasse die Strasse nicht ein oder mehrfach tangieren so dass quantitative Voraussagen zur H he eines Personen oder Sachschadens mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind Im vorliegenden Fall kann somit das Schadensausmass nur qualitativ als klein oder gross angesprochen werden Zudem m sste auch das Sperren der Strasse fiskalisch er fasst werden Damit liegt der Schluss nahe dass f r jeden identifizierten sturzgef hrdeten Felsk rper unabh ngig des eingesch tzten Risikos die Anordnung konstruktiver Mass nahmen gepr ft werden muss F r die Festlegung ihrer Dringlichkeit sind zus tzlich berge ordnete berlegungen anzustellen 12 4 4 Berechnungen F r das sp tere Vorprojekt wurde 1998 nach bew hrten Methoden ein rund 25 m grosser potentieller Bruchk rper beispielhaft auf Gleiten untersucht 12 11 Ziel der Stabilit tsbe rechnung war den Einfluss verschiedener Annahmen auf seine Standsicherheit aufzuzeigen sowie die Ankerkraft f r eine begr ndete Wahl von Parametern zu bestimmen Das Ergebnis der Sensitivit tsanalyse stellte man in verschi
176. aumauer Valle di Lei Stabilit t im Bereich der Felsfundamente Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht MOTOR COLUMBUS 1957 Talsperre Valle d Lei Studien schweizerischer Ingenieure Wasser und Energiewirtschaft 49 2 3 STAUB R 1957 Zur Geologie der Hinterrheinwerke Wasser und Energiewirtschaft 49 2 3 WEBER E 1963 Die geologische Begutachtung Terra Grischuna 22 4 256 Literaturverzeichnis 14 7 TONDURY G A 1959 Valle di Lei Hinterrhein Kraftwerke Wasser und Energiewirtschaft 51 12 14 8 LOMBARDI G 1988 Querkraftbedingte Sch den in Bogensperren Wasser Energie Luft 80 5 6 Baden 14 9 MARCELLO C 1957 Diga sul Reno di Lei Studi eseguiti dalla Societa Edison Milano Wasser und Energiewirtschaft 49 2 3 14 10 SNGT 1992 Auftrieb bei Betonsperren Arbeitsgruppe Auftrieb Baden 14 11 KOVARI K TISA A 1989 Valle di Lei Einachsige und triaxiale Druckversuche sowie Scherver suche im Labor Inst f r Bauplanung und Baubetrieb Fels und Untertagebau ETH Z rich un ver ffentlichter Bericht 14 12 KOVARI K TISA A 1995 Triaxial und Scherversuche mit kontinuierlichen Bruchzust nden Mit teilung 131 SGBF Friihjahrstagung Bern 14 13 KOVARI K FRITZ P 1975 Stability analysis of rock slopes for plane and wedge failure with the aid of a programmable pocket calculator In Proc 16 Symp
177. aussergew hnlichen Hochwassern e Periodische Sicherheits berpr fung Nach st rkeren Erdbeben ab Magnitude 3 Grosse Anlagen Alle 5 Jahre Kleine Anlagen Bei Bedarf Betreiber andererseits aus den fachtechnischen Kontrollen und Sicherheits berpr fungen durch Fachleute und Experten Tab 2 1 Visuelle Kontrollen und Funktionsproben geben Auskunft ber den Zustand der Anlage Kontrollmessungen ber deren Verhalten Aus den Daten der erfassten physikalischen Messgr ssen Verformungen piezometrische Dr cke etc lassen sich jedoch nicht alle Aspekte einer Gefahr ersehen So kann man z B die Sicherheitsmarge gegen ber einem denkbaren Mauerversagen nicht feststellen obschon ein Versagen meist progressiv d h mit ausreichender zeitlicher Verz gerung vonstatten geht 2 39 Neben den regelm ssigen Kontrollen finden alle 5 Jahre Sicherheits berpr fungen durch Experten Bauingenieur Geologe statt Sie beinhalten die umfassende Pr fung des Zustandes und des Verhaltens des Sperrenbauwerks seiner Fundation und Umgebung Die ordentliche berwachung wird verst rkt wenn unerwartete Ereignisse eintreten oder Anzeichen eines erh hten Risikos vorliegen Eine verst rkte berwachung ist auch bei Hochwasser oder Erdbeben vorgesehen Im ersten Fall erfolgt ab Eintreten eines festgelegten Zustandes eine permanente berwachung im zweiten ordnet die Aufsichtsbeh rde eine ausserordentliche Kontrolle an Notfallkonzept
178. azimut Magnetisch Nord Durch Addition oder Subtraktion von 90 erh lt man die Streichrichtung Der Fall winkel ist der Neigungswinkel der Falllinie gegen ber der Horizontalen 0 lt 2 lt 90 Der wahre Fallwinkel wird im Gegensatz zum scheinbaren in einer Ebene normal zum Streichen mit Hilfe eines Kluftkompasses bestimmt Die Falllinie einer ebenen Fl che ist die Linie des st rksten Gef lles die senkrecht zum Schichtstreichen verl uft Erstreckung R umliche Ausdehnung bzw Kontinuit t einer Trennfl che deren Gr sse und Form nicht messbar ist Abb 3 6 Ein Hinweis liefert die an einem Aufschluss messbare Ausbissl n ge sofern dieser gen gend gross ist Jede Trennfl che endet im Gestein bei einer ande ren Trennfl che oder beisst aus F r eine quantitative Erfassung existiert ein sog Termina tions Index Ein Augenmerk ist auf die Ausbildung der Trennfl chenenden zu richten z B Aufgabeln Auslaufen Einbiegen in andere Trennfl chen Ebenheit Oberfl chenbeschaffenheit einer Trennfl che im Makrobereich Abb 3 6 Die geome trische Abweichung der Fl che von einer Ebene bezogen auf eine Strecke im dm bis m Bereich kann qualitativ z B Welligkeit einer gebogenen Trennfl che oder quantitativ er fasst werden Im zweiten Fall nimmt man z B mit einem Messger t das Istprofil ber eine Bezugsstrecke auf Richtung ist abh ngig von Textur siehe Kap 3 1 4 woraus sich u a die Periodizit t der Unregelm ssigkeite
179. beider Netzarten mit Kompensation der Nachteile vereinigen hybride Netze Sie k nnen glatte Oberfl chen mit Kanten darstellen Allen Netzarten gemein ist das Unverm gen den Fl chenobjekten die Lage des Untergrundes zuzuweisen sowie berh ngende Oberfl chen abzubilden 10 1 2 Solid Modeling Solid Modeling ist eine SolidB Technologie deren Entwick u lung in der Mitte der Sechzi N gt gerjahre begann und heute be Solid D sonders m Maschinen und oo Flugzeugbau Verwendung fin det Die Fachliteratur versteht B D darunter a body of theory techniques and systems fo cused on informationally complete representations of solids representations that permit at least in principle any well defined geometrical property of any represented solid to be calculated automa tically 10 10 Sie gestattet Abb 10 3 Bool sche Operationen Beispiel Siehe Kap 10 2 3 die einfache Erstellung belie big geformter Volumenmodelle engl Solids mit Bool schen Operationen sowie die rasche Durchf hrung von Fl chen Volumen oder Massenberechnun gen Abb 10 3 Zudem erlauben moderne Algorithmen Solids in dreidimensionale Netze umzuwandeln UNION DIFFERENCE INTERSECTION Neben dem Volumenmodell sind noch andere geometrische Modellierungssysteme im dreidi mensionalen Raum gebr uchlich 10 11 Das Drahtmodell beschr nkt sich in seiner Be schreibung v a auf gerade Linienst cke und Kre
180. ber auch nichtlineare irreversible Verformungen auf z B aufreissende Trennflachen bei Ersteinstau Daneben existiert eine ausgepragte Wechselwirkung zwischen Hydraulik und Mechanik indem die Verformungen des Felsuntergrundes die Stromungsver haltnisse im durchlassigeren Trennfl chengef ge ndern und umgekehrt Dies belegen die langj hrigen 1m Kapitel 11 3 erl uterten Messungen im Felsuntergrund der Staumauer Al bigna lt rte To oy J ACN 125 129 101 22 64 464 62 15 58 N i 101 19 43 50 12 13 P 130 34 3 449 98 82 62 8 42 34 p 78 112 73 3 88 29 1 3 F 115 MN m 94 103 123 P 19 ta 10 16 140 15 Abb 6 8 Fundamentlasten F der Talsperre K lnbrein in MN m mit Angabe ihres Fallwinkels 2 6 62 Der Betrag und die r umliche Variation des Steifigkeitsverhaltnisses Eg Epr ist von Bedeutung Bei konstantem Ey Er lt 4 bleibt der Einfluss auf das Kr ftespiel im Tragwerk eher gering bei lokalem Eg Er gt 4 M chtigkeit der Zone gt Sperren fussbreite steigt er markant 6 24 6 28 98 6 Einwirkung 6 7 Kinetik Bei der Untersuchung der Stabilit t der Felsfundamente von Staumauern ist die Kenntnis der Bewegungsrichtung des als starr angenommenen Bruchk rpers bestimmter Form und Gr sse notwendig S e st abh ngig von der Raumstellung der hn begrenzenden Trennfl chen und der Richtung der Gesamtresultierenden aller angreifenden Kr fte ohne
181. bewirkte Ein und Aufschmelzvorg nge mit kontaktmetamorpher Um wandlung des Nebengesteins Sichtbar wurde der Eruptivk rper durch starke Hebung und Erosion Zwei Arten magmatischer Gesteine kommen vor Tiefen und Ganggesteine Bei den vorherrschenden Tiefengesteinen k nnen drei Typen beobachtet werden Vornehmlich der helle grobk rnige untergeordnet der helle sowie der dunkle feink rnige Granit resp Grano diorit Die in den Plutoniten eingebetteten Ganggesteine bestehen aus Aplit und Pegmatit Das Korngef ge der gesamten Matrix l sst erwarten dass die Eigenschaften der Gesteine samt Kontaktfl chen f r das Verhalten der Felsfundation von untergeordneter Bedeutung sind Weiter ist davon auszugehen dass die Durchl ssigkeit des Handst cks sehr viel geringer ist als jene der Trennflachen Da in den Akten keine Hinweise auf Versuche an Gesteinspro ben auffindbar waren ist zu vermuten dass auch keine solchen durchgef hrt wurden 11 4 2 Trennfl chen Die Eigenschaften der Trennfl chen legten eine Aufteilung n f nf Arten nahe Eine St rungszone Hauptst rungen St rungen Kl fte und akt ve Kl fte Sie lassen sich zu den Sys temen A B C D und E Abb 11 11 mit hnlicher Raumstellung zusammenfassen Die r umlichen Beziehungen der verschiedenen Fl chen untereinander sowie jene zum Bauwerk gehen schematisch aus Abbildung 11 12 hervor Die Beschreibung des Fl chengef ges gr n det auf der in Abbildung 11 10 festgehaltenen
182. bsc anne ee ee ses ee 181 122 1 P 91m UNO Wo tc seen NAO 181 242 Vers gcnsmechanismen are es engen 182 DAS RISIKO meet ee a enssea ee u cea 182 12 4 4 Berechn nsen au EEE Eee 183 IDEE WOT Se en Sah acceso a tae cae acca at ety 194 125 Sicher ngeskonzept zus ers este elek 194 12 65 Schluss tol TUN De ee ee ee ee ee ee 196 Felsfundation Br cke Pianello cs scsccicsssscesssesassnacssaccccscnadenndashdecssveasseadesscccsacaadenndenacecss 197 13 1 ANUS LEN UA en sce acre ease eared sect eae See eaten atacand areal 198 19 2 RAT MSC INS SD Damen Nase Nase eek Na 199 ES ae sichert Eike HN Seele ee ee 200 15 3 1 10po 27 20pI 4 ren are Meines 200 193 2 elSunlet rund ers Dr Dee a 201 13 33 LS OWE BE AC herren aust a nee Bu 203 134 Bruchkorperanalyse xa todas tactics ne nee ee 203 132 1 P 911 uUN0 Gros Se sense ee Bu ee en 203 1542 Br uchmeckani sten ee Eee 205 13 43 Berechnimeen ae ra a Ele 206 VII Inhaltsverzeichnis ISA MT TNE SS ee ee ee een 208 13 5 Eu ndatonskopz pt san ka aa u De Kae ea a 210 E56 Schlusstols uns Terre er OTE TEN ODUM ov arte venom Se TO er Te ene 211 14 Felsfundation Staumauer Valle di Lei 000000000000000000000000000000000000000 0000000000000 213 L MICS SC UES SSDS near 214 12108 EIESPELISU I as ee ee sus ee 214 14 1 gt Bayweik a sera nee ae see 215 t42 Morgeschichte messen ek ke 216 14 Dieiak5 Gre hindemode II ars es En seele 218 14 gt EPlachennodellyar zes ee ee ae er 218 14
183. c Abb 5 18 Bruchk rpergr sse bei einer Gewichtsmauer bei a globalem Versagen Bruch eines Mauer blocks b lokalem Versagen nur Mauerblockteil im Vergleich zu einer Bogenmauer c Gel ndeform Der Detaillierungsgrad einer Aufnahme der Gel nde resp Felsoberfl che h ngt von der mi nimalen Gr sse potentieller Bruchk rper ab Es ist naheliegend dass bei konvexen Profil und Plankurvaturen volumin sere Felsk rper zu erwarten sind als bei konkaven Kurvaturen Gesteinsart Im homogenen Fels bestimmt nur das Fl chengef ge die Lage der Kontaktfl che Bei einem heterogenen Aufbau sind auch die unterschiedlichen Zonen in Rechnung zu stellen Trennfl chenart Die potentiellen und effektiven Trennfl chen beeinflussen die Bruchk rpergr sse wie folgt e St rungen Besonders volumin se K rper kommen bei einer Verschneidung von St run gen bzw von St rungen mit Schieferungs oder Schichtfugen Decken oder Zwischen schichten zustande Bei Scherfl chen und zonen sollte man die Lage ausgiebig variieren e Kl fte Kluftscharen k nnen meist nur in Kombination gr ssere Bruchk rper abgrenzen Neben Schalenriss Kontraktions Schicht und Schieferungskluft Prim rgef ge sind auch die Tal und Verwitterungskluft Sekund rgef ge 1m Auge zu behalten e Magmatische Gesteine Schichtfugen Decken und Zwischenschichten k nnen sich ber weite Distanzen erstrecken Da vor allem die Lage von d nnen Zwischenschichten kaum b
184. ch harmonisch in die gesch tzte Landschaft einf gt Eine sorgf ltige Erkundung des Untergrundes mittels Sondierbohrungen und Feldaufnahmen hat ergeben dass s ch der Gr ndungsk rper des Voutentr gers f r die Aufnahme der angesetzten Kr fte eignet So konnte die eingehende Pr fung des Gef ges kei 212 13 Br cke Pianello nerlei Anhaltspunkte auf unl sbare Probleme hinsichtlich Stabilit t oder Verformbarkeit auf decken Obschon der Fels Schichtflachen und Kluftscharen aufweist ist seine mittlere Festig keit hoch Dies belegen die steilen nat rlichen B schungen entlang der Talflanken Die m Hinblick auf Setzungen und Verdrehungen der Fundation massgebende Verformbarkeit l sst sich durch lokales Injizieren von offenen Trennfl chen kompensieren Die felsmechanische Analyse hat zu einer Reihe konzeptueller Entw rfe gef hrt Sie weisen dem Br ckenbauer den Weg f r weitere konstruktive Studien Hierbei gilt es zu beachten dass erst nach Festlegung des definitiven Fundationskonzeptes die am Felsuntergrund angreif enden Einwirkungen bestimmt und die Frage nach der Stabilit t der Fundamente abschlies send beantwortet werden kann Im Rahmen des Fallbeispiels hat sich AutoBlock als leistungsf higes Werkzeug f r die Inge nieurpraxis pr sentiert Dank Automatisierung und speziell zugeschnittenen Visualisierungs hilfsmitteln ist es nunmehr m glich statische Untersuchungen rasch durchzuf hren Der Au tomatisierung kommt dabei ei
185. ch ist Beim einen handelt es sich um j O eine Abfolge von wenig und stark verformba N ren Gesteinen Bereiche A C und B Beim andern geht es um eine oberfl chennahe Zone we Potentielle aus verwittertem und daher nachgiebigem Bruchk rper Material Im Fall von Abbildung 5 8 a w rde ein potentieller Bruchk rper bestehend aus den Bereichen A bis C gegen das Postulat des Starrk rpers verstossen Die vertikale Abgrenzung ist deshalb n der Kontaktfl che zwischen A und B anzusetzen Weder B noch C man k nnte sie auch als Teilk rper be trachten werden in Rechnung gestellt 5 6 Im Fall von Abbildung 5 8 b verl uft die b verwittert Abb 5 8 Beispiele f r den Einfluss der Ge steinsart auf die Bruchk rperform 5 6 Pfeile Fundamentlasten F 68 5 Kinematik Schnittlinie einer keilf rmigen Kontaktfl che knapp unterhalb der Felsoberfl che Ein Bruch k rper bildet sich hier nur dann aus wenn die nachgiebige Zone inexistent ist sonst st sst die Schnittlinie nicht ins Freie Beide Beispiele setzen voraus dass der Widerstand der Zonen B und C resp des verwitterten Bereichs m Vergleich zu den angreifenden Kr ften vernachl s sigbar ist Die gleichen berlegungen lassen sich sinngem ss auch auf Situationen mit Lo ckergesteinspaketen bertragen Trennfl chenart Der berwiegende Teil einer Kontaktfl che f llt mit potentiellen und effektiven Trennfl chen zusammen d e loka
186. chen zum anstehenden Fels die Beanspruchung die Grenze der Scherfestigkeit erreichen kann Sind die an ihm an greifenden Kr fte nicht mehr im Gleichge wicht so kommt es zu einer Abl sung Demgegen ber ist ein labiler Block ein Fels k rper der seine urspr ngliche Lage bereits gewechselt hat Sind die an ihm angrei fenden Kr fte nicht mehr im Gleichgewicht so gleitet oder kippt er talw rts Die Felsk rper wurden nach folgenden Ge sichtspunkten aufgenommen Lage Art un mittelbare Umgebung Form resp begren zende Trennfl chen Gr sse Eigenschaften Versagensmechanismen und ris ko Zu s nglichkeit m gliche Sicherungsmassnah Abb 12 8 Labile Bl cke V 0 5 bis 4 m 12 4 Felsk rperanalyse 181 men Ein spezielles Augenmerk galt der Trennung zwischen direkt wahrnehmbaren und ge folgerten oder vermuteten Tatsachen Anzeichen dass die in den zumindest einsehbaren Be reichen nachweisbar vorhandenen Fakten nicht auf die unzug nglichen verdeckten bertra gen werden d rften konnten nirgendwo gefunden werden 12 3 5 Bestehende Sicherungsmassnahmen Seit dem Bau der Bristenstrasse ordnete man im Untersuchungsgebiet sei es an einzelnen Stellen entlang der Strasse sei es in der B schung dazwischen wiederholt Arbeiten zur Ab wendung erkannter Gefahren an Sie lassen in ihrer Gesamtheit keinen systematischen Ansatz erkennen So wurden zum Beispiel einzelne B ume entfernt die Felsw nde periodisch en
187. chenf rmiger Minerale beobachten Im Fall der richtungslosen Textur ist ein isotropes in jenem der Paralleltextur ein an sotropes Materialverhalten zu erwarten Planare Paralleltexturen zeigen eine starke Anisotropie in einer lineare Paralleltexturen eine solche in zwei oder mehr Richtungen 3 30 In Bezug auf die Raumausf llung differenziert man zwi schen kompaktem gesamter Raum durch Gesteinsmasse gef llt und por sem Gestein Hohl r ume verschiedenster Form und Gr sse vorhanden Mineralbestand und Gef geausbildung h ngen ab von den Umgebungsbedingungen beim Prozess der Gesteinsbildung Die Entstehung von Mineralen erfolgt durch Kristallisation aus einer abk hlenden Schmelze Magma L sung Ausf llung oder Gasphase durch Um kristallisation im festen Zustand Metamorphose oder durch organogene Prozesse 3 2 Komponenten 3 2 1 Matrix Die Matrix von Staumauern besteht aus Beton jene von Fels aus Gestein Letztere unterteilt man aufgrund der Genese in die drei in Tabelle 3 4 aufgef hrten Hauptgruppen Parallele linien oder fl chenhafte Anordnung von Mineralen oder Mineralaggregaten die h ufig zu einer erh hten Spaltbarkeit des Gesteins in ausgezeichneten Richtungen f hrt 3 30 Man unterscheidet zwischen prim rer beim Entstehungsprozess gebildete Paralleltextur und sekund rer Anisotropie entsteht in isotropem oder prim r anisotropem Gestein durch tektonische Einfl sse resp Verwitterung 3 17 3 2 Komp
188. chmechanismus Kinematisch ist eine Translation des Bruchk rpers nur solange m glich als sich noch eine Richtung ohne Zusammenstoss mit dem umgebenden Fels findet 5 39 Dieser kinematische Freiheitsgrad l sst sich anhand einer Kugel darstellen welche die Umh llende aller zul ssigen Einheits vektoren m repr sentiert 5 40 F r den Fall einer zweiteiligen Kontaktfl che sind die m g lichen translatorischen Bewegungen beispielhaft in Abbildung 5 20 a festgehalten Die Bewe gung des Felsk rpers kann entweder entlang der Trennfl chen Abb 5 20 b c oder parallel zur gemeinsamen Schnittlinie erfolgen Abb 5 20 d Daneben ist auch ein Abheben m glich Abb 5 20 e Die Kontaktfl che des Bruchk rpers besteht in den Abbildungen 5 20 b und c aus je einer Abl se und einer Gleitflache in d und e aus zwei Gleit bzw aus zwei Abl se flachen Eine solche R ckw rtsrotation eines Felsk rpers mit inneren Bruchfl chen w re nur denkbar wenn die steil einfallen den Gesteinsscheiben in Bezug auf Rotation instabil sind und reines Gleiten nicht m glich ist 5 35 Rock masses conducive to buckling type failures would contain thin horizontally bedded rock in which the parent rock is strong and brittle Although no case histories have been recorded where buckling contributed to or caused failure the potential for a buckling failure should be addressed where warranted by site conditions 5 17 vgl auch 5 36 5 37 V
189. chnen Die Behandlung dieses n der Regel dreidimensionalen Problems ist durch die Schwierigkeit gekennzeichnet dass sich die Eigenschaften der Trennfl chen die am Bruchk rper angreifen den Lastgr ssen und die Scherfestigkeit entlang der Gleitfl chen nur ungen gend quantitativ erfassen lassen Als L sungsansatz dr ngt sich deshalb ein zweistufiges Vorgehen auf Es strebt zum einen eine ausreichende konstruktive Standsicherheit zum andern eine permanente messtechnische berwachung gleitgef hrdeter Felsk rper an Die vorliegende Arbeit beschr nkt sich auf die konstruktive Sicherheit Sie hat folgende Ziel setzung Zum einen aufbauend auf dem heutigen Wissensstand die Entwicklung einer Me thodik f r die Stabilit tsuntersuchung von potentiellen Bruchk rpern im Fels zum andern deren Umsetzung in einem CAD gest tzten Computerprogramm f r die Praxis Fallbeispiele sollen wichtige Aspekte verdeutlichen und die M glichkeiten des Hilfsmittels aufzeigen Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen der Stabilita tsproblematik bzw die Grund z ge der Methodik erarbeitet e Unter dem Stichwort Problemstellung geht man zun chst auf allgemeine Definitionen das Sicherheitskonzept und die Modellierung ein Ausgehend vom ph nomenologischen Grundprinzip Hinsehen Beschreiben Erkl ren folgt eine knappe Beschreibung des Felsuntergrundes samt Staumauer Das Hauptgewicht liegt dabei weniger auf einer aus fuhrlichen E
190. chr nkung anwendbar benutzt man es gleichermassen zur Auswertung direkter Scherversu Die lineare Approximation einer konkaven Grenzkurve ist nur f r einen bestimmten Bereich der Normalspannung zul s sig dessen Breite von der Kr mmung abh ngt 7 17 Innerhalb dieses Bereichs spielt die wirkliche Spannungsverteilung in der Trennfl che keine Rolle Fallen die effektiven Normalspannungen aus dem Bereich z B infolge Erh hung des Kluftwasserdrucks so muss dies mit einer nderung der Scherparameter einhergehen Dar ber hinaus mahnt der Verlauf der Bruchkurve zur Vorsicht bei der Extrapolation von Daten in Bereiche ausserhalb der gepr ften Zust nde 7 26 7 2 Bruchkritertum 107 che weil sich die Scherparameter so gut vergleichen lassen 7 3 Der lineare Ansatz mag fur viele Bed rfnisse aus der Praxis gen gen kann aber zu Komplikationen im Verst ndnis des Bruchmechanismus fuhren In der Fachliteratur wird denn auch von normalspannungsabhan gigen empirisch hergeleiteten Bruchbedingungen berichtet Sie korrigieren den Reibungs winkel f r die Restfestigkeit um die Oberfl chenbeschaffenheit der Trennflache miteinzube ziehen 7 2 2 Bilineares Bruchkriterium Der Scherwiderstand in einer potentiellen Gleitflache geht aus der Kohasion der Reibung der Verzahnung und der Dilatanz hervor e Koh sion Die echte Kohasion cg cs oder cr steht f r eine innere Bindung die auch ohne Normalspannung noch vorhanden ist Man findet sie in
191. cht Das Resultat besteht u a aus einer Liste solch kinematisch zul ssiger potentieller Bruchk rper in der Felsoberfl 9 3 Beurteilung 137 che Beispiele Gewichtsmauer Liujiaxia CN Bogengewichtsmauern Houhe CN und Pacoima US Bei 10 amerikanischen Pfeiler und Bogenstaumauern wurden alle poten tiell instabilen Bruchk rper identifiziert und beschrieben In manchen Fallen war keine Verschneidung signifikanter Trennfl chen entsprechender Gr sse gegeben um einen Bruchk rper zu erzeugen In anderen F llen f hrten die angreifenden Kr fte zu keinem ki nematisch m glichen Versagen Bei mehreren Staumauern wurden zwar entfernbare Fels bl cke identifiziert doch stufte man diese aufgrund der vorhandenen Reibung als sicher ein Drei Tragwerke verlangten schlussendlich eine n here Untersuchung o LIN amp FAIRHURST 1988 9 57 untersuchen die Translation und Rotation eines Polyeders unter Eigenlast Kluftwasserdruck etc Der Felsuntergrund wird durch fixe Trennflachen ebenen in ein System potentieller Bruchk rper zerlegt und visualisiert Dann pr ft das Pro gramm ob ein bestimmter Felsk rper einen kinematischen Freiheitsgrad aufweist und be stimmt die Richtung einer potentiellen Bewegung unter Einbezug seiner Kontaktfl chen sowie der Resultierenden Ist eine Bewegung m glich so wird der K rper entfernt und die m Vergleich zu dynamischen Methoden sehr rasche Suchroutine beginnt von vorn Grenzgleichgewichtsmethoden f
192. chtfugen und kl fte im rechten unterhalb der Gr ndungsfl che von Widerlager von Ridracoli Bild IGT Itaipu Bild IGT 3 43 sig oder ein Gang bezeichnet einen plattenf rmigen Spalt in einem lteren Gestein in den Magma eingedrungen und erstarrt ist mehrere G nge bilden Gangscharen In Ergussgesteinen sind Str me h ufig die durch Vorw rtsbewegung des Magmas entstanden sind Heterogene Schichten aus Material einer Eruption sowie Ablagerungen von Schlammstr men kennzeich nen vulkanische Gebiete Beim Austritt basischer Schmelzen bilden sich Decken mit einer M chtigkeit von bis zu 50 m und betr chtlicher Erstreckung Ihre Kontaktfl chen zeigen oft metamorphe Ver nderungen D nne Zwischenschichten aus Brekkzien Sand Ton Asche u a sind h ufig Abb 3 11 3 33 3 38 Sedimentgesteine Schichtfugen sind Begrenzungsfl chen plattenf rmiger K rper die den Zusammenhalt des Gesteinsverbandes weitr umig schw chen Bei tektonischer Beanspruchung reissen sie auf und werden zu Schichtkl ften Abb 3 12 Je nach Aufeinanderfolgen der Schichten unter scheidet man eine konkordante oder eine diskordante Lagerung W hrend bei Erster die Schichten unmittelbar bereinander abgesetzt werden treten bei Zweiter L cken Erosions ebenen oder Schichtverstellungen auf 3 23 Die Schichtung selbst kann eben gekr mmt oder gewellt sein Oberfl chenstrukturen wie z B Rippelmarken sind h ufig Unterliegen ge rade Schichtpakete der Wirk
193. chwort Problemstellung ging man zun chst auf allgemeine Definitionen das Sicherheitskonzept und die Modellierung ein Als ein vom Standpunkt der Statik ver einfachtes Abbild der Wirklichkeit wird neu der Entwurf eines Modells des Untergrundes empfohlen Nach Kl rung der f r die Beschreibung des Felsuntergrundes und der Stau mauern notwendigen Begriffe wurden das Tragwerk abgegrenzt sowie empirische Versa gensmechanismen aufgezeigt Unter welchen Gesichtspunkten die quantitative Untersu chung potentieller Bruchk rper erfolgen muss konnte am Beispiel der verwandten Fels b schungen dargelegt werden e Unter dem Stichwort Problemanalyse zerlegte man die Aufgabenstellung in die drei Teil probleme Kinematik Einwirkung und Festigkeit und setzte sich mit den wichtigs ten Einflussfaktoren auseinander Im Zentrum der Betrachtungen standen dabei die kine matischen Voraussetzungen der Wasserdruck m gekl fteten Fels und der Scherwider stand Als neue besonders anschauliche Darstellungsart f r d e r umliche Beziehung von Trennfl chenscharen wird erstmals die Verwendung einer Einheitskugel vorgeschlagen e Unter dem Stichwort Problembeurteilung wurde kurz auf g ngige Sicherheitsdefinitionen eingegangen und die spezielle Eignung der bersichtlichen Starrk rpermodelle zur Un tersuchung der vorliegenden Fragestellung begr ndet Sie erlauben wesentliche Parame ter rasch zu identifizieren und die Auswirkungen kleiner Abweich
194. d Kluftfl chenanteil und der lineare Auflocke x Often the best approach is a combination of statistical sampling and concentration on areas of particular impor tance A danger of using a totally statistical objective approach is that the need to make engineering judgements in the field is under emphasized Data may be collected with little thought as to their implications and critical but rare data may be overshadowed in analysis by vast quantities of statistically correct but irrelevant data 3 6 Trennfl chendichte Mass f r den Zerlegungsgrad einer Strecke wobei der Reziprokwert des Abstandes pro Schar be stimmt wird Durchtrennungsgrad Mass f r den Trennfl chenanteil an der L nge einer zur Ausbissl nge parallelen Be zugsstrecke Auflockerungsgrad Mass f r den anteilm ssigen Hohlraum der Trennfl chen ber eine Bezugsstrecke 3 1 Form und Gef ge 31 Tab 3 2 Aspekte zur Beschreibung einer Trennfl che 3 22 3 23 3 24 3 25 3 26 Lage Position im Raum Abb 3 6 Form ussere Gestalt der Trennfl che Abb 3 6 Die geometrische Abweichung der Fl che von einer Ebene kann vor Ort nur abgesch tzt werden z B gebogene Trennfl che Raumstellung R umliche Orientierung einer Trennfl che ausgedr ckt durch Fallrichtung und winkel Abb 3 7 Die Fallrichtung ist die auf geographisch Nord bezogene im Uhrzeigersinn ge messene Projektion der Falllinie in die Horizontale 0 lt lt 360 Fall
195. d Versuche in ihrer Anzahl und Aussagekraft limitiert Die r umliche Ausdehnung des Modells und die Gliederung in Teilmodelle wird aufgrund der usseren Form und dem inneren Aufbau festgelegt Beispiel Siehe Kap 11 5 Die Grenzbe reiche unterliegen jeweils einer separaten Beobachtung um die berlappende Kontinuit t zu gew hrleisten Pro Teilmodell werden alle bis anhin erworbenen Kenntnisse und Beobachtun gen ber das Felsfundament getrennt nach Fakten und Annahmen aufgelistet welche f r die sp tere Beurteilung sachdienlich sein k nnten Als Hilfsmittel dienen tabellarische Zu sammenfassungen der Eigenschaften des Korn und Fl chengef ges Geometrie Beschaffen heit Verhalten sowie Zeichnungen relevanter felsmechanisch hydraulischer Merkmale in einem vereinfachten Gel nde Situation L ngen Querprofil 4 5 4 8 In neuerer Zeit kommen daf r auch dreidimensionale Computerprogramme zum Einsatz S e alle stellen eine Das aus der Beschreibung abgeleitete Verhalten bezeichnet die felsmechanisch hydraulischen Eigenschaften zumindest qualitativ z B geringe Durchl ssigkeit und macht Angaben zu deren Isotropie resp Anisotropie bezogen auf Sperren k rper Es handelt sich um grobe aber hilfreiche Vereinfachungen zur Erfassung physikalischer Zusammenh nge Kennwerte die sp ter im Rahmen zielgerichteter Studien erhoben werden dienen der laufenden Modellverfeinerung 4 2 Modell des Untergrundes 47 NS EN NS
196. d der tats ch lichen Situation zu erhalten 4 24 Dies gilt unter der Voraussetzung dass die Vereinfachung nicht durch Vernachl ssigung wichtiger Faktoren erzielt wird 4 45 Dem Vorteil einer guten bersichtlichkeit und raschen Anwendbarkeit f r Parametervariationen steht der Nachteil einer schlechteren Ann herung an die Wirklichkeit gegen ber 4 44 Im zweiten Fall l sst man s ch vom Gedanken eines m glichst detaillierten Abbildes der Realit t leiten Das Auf stellen eines solchen Modells mit einer Vielzahl von Parametern ist anspruchsvoller der Zeit aufwand h her 4 46 Mit zunehmender Verfeinerung ergeben sich komplexere Auswer tungsergebnisse was deren Auslegung erschwert 4 47 Beiden Modellarten gemein ist die Forderung dass alle Einflussgr ssen prinzipiell physikalisch messbar sein sollten selbst wenn zum Zeitpunkt der Anwendung noch kein geeignetes Verfahren bekannt ist Der Einsatz einfacher Modelle beruht auf der Einsicht sich auf das grunds tzlich Beobacht bare von praktischer Relevanz zu beschr nken 4 24 Eine solche Konzentration ist n der Felsmechanik angesichts der oft ungen genden Ausgangsdaten mit den jeweils erheblichen Bandbreiten auch heute noch durchaus gerechtfertigt 4 48 Im Vergleich dazu sind verfei nerte Modelle f r besondere klar abgegrenzte Problembereiche in Kombination mit vertie fenden Felduntersuchungen begr ndet Deren Ergebnisse sind didaktisch wertvoll indem sie das Verst ndn
197. d die Resultate der kinematischen Analyse f r einige Bruchk rperformen in der B SCHUNG und im SPORN exemplarisch festgehalten Die klei ne Kugel oben rechts visualisiert jeweils die in Betracht gezogenen Trennfl chenscharen 12 4 Felsk rperanalyse 191 Abb 12 20 Potentielle Bruchk rper in der BOSCHUNG a Gebildet aus den Trennfl chenscharen K1 gelb und S1 rot mit 2 0 m bzw 0 5 m Abstand b Gebildet aus K1 K2 gr n und SI mit 3 m 5 m und 4 m Abstand 12 13 In Abbildung 12 20 a sind dies die Scharen K1 gelb und S1 rot in b K1 K2 gr n und S1 in Abbildung 12 21 K1 K2 und S2 rot Die kinematisch m glichen Bruchk per werden durch ihre Ausbisslinien an der Felsoberfl che dargestellt wobei die Farbe jeweils der Trenn flachenschar entspricht In Abbildung 12 21 ist zudem eine Aufnahme aus dem Modellheli kopter ersichtlich Je nach den betrachteten Trennfl chen beissen die Bruchk rper in der Aus bauchung wo deren Schnittlinie die Felsoberfl che zweimal durchst sst Abb 12 20 a oder im gesamten Teilmodell aus Abb 12 20 b Ein erheblicher Unterschied besteht auch in der Gr sse der potentiellen Bruchk rper F r d e Trennfl chen von Abbildung 12 20 a betr gt die maximale Bruchk rpergr sse 6 2 m f r diejenigen von b 760 m und in Abbildung 12 21 b mehr als 1 600 m 12 13 Weitere Bespiele ausgew hlter potentieller Bruchk rper beim SPORN finden sich in 12 15 Block 1 V 681 m Bl
198. dass deren Festigkeit nach etwa 1000 Zyklen ca 85 der Kurzzeitfestig keit betrug 7 49 500 Lastzyklen an k nstlichen Trennfl chen beeinflussten die H chstfes tigkeit nur wenig w hrend 1000 Zyklen zu einer Reduktion um 5 bis 15 f hrten 7 50 Die Restfestigkeit liegt generell unter der statischen Restfestigkeit zeigt aber keine Abh ngigkeit von der Anzahl Belastungen 7 51 Manchmal stellen sich mit der Zeit unter der Wirkung des zyklischen Einstaus bleibende Verformungen ein sie k nnen bei einem potentiellen Bruch k rper mit unebenen rauhen Kontaktfl chen insofern gef hrlich sein als sie rascher zum be schleunigten Bruchvorgang berleiten 7 3 2 Festlegung Das eigentliche Problem besteht in der Festlegung der Materialparameter f r die zutreffende Erfassung der Scherfestigkeit n der potentiellen Gleitfl che Eine schl ssige Beurteilung w rde die Kenntnis von Art Lage Anzahl Erstreckung und Bruchverhalten der Trennflachen und Materialbrucken von ihrem Zusammenwirken beim Aufbau des Schwerwiderstandes sowie vom Verhalten im Massstab der gesamten Gleitflache voraussetzen Tatsachlich fehlen jedoch die meisten Grundlagen ebenso wie anerkannte Verfahren zur annahernd richtigen Quantifizierung des massgebenden Wertepaars Ein wichtiger Faktor sind die zu erwartenden Verformungen des Tragwerks im Gebrauchszustand Geringe Werte sprechen eher fur die Verwendung der Hochst hohe Werte fur die Verwendung der Restfestigkeit
199. dell und b Realit t gegen bergestellt 14 4 Bruchk rperanalyse 221 14 4 Bruchk rperanalyse 14 4 1 Form und Gr sse Wie in Kapitel 14 2 dargelegt wurden im Gutachten von 1991 mehrere potentielle Bruchk r per m linken Widerlager dentifiziert siehe Abb 14 5 Eine erste AutoBlock Berechnung im neu konstruierten Gel ndemodell mit den gleichen Annahmen n Bezug auf die Form und Gr sse der Bruchk rper ergab die in Tabelle 14 1 aufgelisteten Ergebnisse Vergleicht man die von Hand resp mit AutoBlock bestimmten geometrischen Kenngr ssen so zeigen sich vor allem f r den Bruchk rper markante Abweichungen in den Kontaktfl chen sowie im Volumen In Abbildung 14 12 sind die Ausbisslinien aller kinematisch zul ssigen potentiellen Bruch k rper der Form mit unbeschr nkter Erstreckung f r einen Berechnungsgang ersichtlich Tab 14 1 Vergleich zwischen den m Gutachten 14 3 aufgef hrten von Hand bestimmten Bruchk rpern mit jenen von AutoBlock Berechnungen S Schieferung K gt 4 Kluft der Schar 2 4 Bruchkorper Bruchkorper Bruchkorper Kenngrosse Schnittlinie 256 m 271m 270m 289 m Kontaktflache S 12 200 m 11 639 m 32 900 m 26 894 m Kontaktfl che K1 4 700 m 5 157 m 6 800 m 7 501 m Abl sefl che K2 112 m 198 m 1 900 m 2 640 m Volumen 113 800 m 120 781 m 630 600 m 394 180 m 2 7o 7 J P 7 PREK b lpr 4 Da f ey FG f al a M A I y f
200. den der letztendlich die Form des Felsk rpers beschreibt 4 0 P 40 K 150 110 K 150 70 3 9 u Ps 30 oO 3 0 K 150 110 i K 150 70 2 Ps 20 25 K 150 110 la K 150 70 ab 20 N 1 5 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Koh sion c KN m Abb 14 14 Sicherheit des Bruchk rpers unter Eigengewicht gegen Abgleiten in Funktion der Scherfestig keitsparameter f r die Schieferung und der Streubreite des Fallwinkels von K vgl Tab 14 2 Tab 14 3 Vergleich der von Hand resp mit AutoBlock berechneten Sicherheitsfaktoren f r die Bruchk rper O und von Tabelle 14 1 im nat rlichen Zustand SP TP Gleiten auf 1 2 Gleitfl che n Scherfestigkeits Bruchkorper Scherfestigkeits Bruchkorper parameter von Hand AutoBlock A parameter Von Hand AutoBlock A O4 25 x4 20 Px2 0 ey 1 00 TP 0 98 TP 2 es ae 1 00 SP 1 00 SP Cs Ck4 0 Cs Ck4 Ck2 0 Ps Pk4 25 Ds Da 20 k2 O 1 84 TP 1 87 TP 2 1 85 SP 1 74 SP 6 Qs Mxa 35 Ps Qxa 30 k2 0 2 00 TP 2 01 TP 0 2 00 SP 2 03 SP 2 14 4 Bruchk rperanalyse 225 Fall A Nur G SP Fall B G F TP 4 0 4 0 O c 600 kN m gZ 30 3 0 7 c 200 kN m C 400 kN m 2 0 2 0 c 200 kN m C 10 1 0 N 0 0 T T 0 0 T T 15 25 35 45 15 25 35 45 Reibungswinkel Reibungswinkel
201. derun gen an den Entwurf bewogen 1988 die Amministrazione della Provincia di ratungsmandat f r ein geeignetes Fun N S t dationskonzept zu vergeben Konkret war abzukl ren wo und wie man die Br ckenwiderlager unter felsmechani schen Gesichtspunkten ausbilden m s se und welche Vorbereitungsarbeiten dazu notwendig seien Im einzelnen sollten vorhersehbare Schwierigkeiten in Bezug auf die Felsfundation identi fiziert die Eigenschaften des Unter srundes beschrieben potentielle p a a TIMIERUCRE tad Abb 13 3 Neue Br cke bestehende Bogenbr cke Mitte und R merbr cke unten mit Auf L sungen f r den Entwurf der Br c lagerkr ften Ansicht von Ebene aus kenfundamente ausgearbeitet werden Rechte Linke Talflanke Talflanke 13 2 Untersuchungsgebiet 199 Die Art und Lage aller drei Briicken geht aus Abbildung 13 3 hervor Die bemerkenswerte Schlankheit des geplanten Tr gers setzt eine beidseitige Einspannung im Fels voraus re duziert doch eine solche L sung das maxima le Moment in Feldmitte um Zweidrittel ge gen ber einem einfach gelagerten Balken An den Felsfundamenten der beiden Talflanken greifen damit nicht nur Einzelkr fte Bogen br cke sondern auch beachtliche Momente an Es liegt auf der Hand dass beim vouten formigen Tr ger die horizontalen Kr fte im Vergleich zu den vertikalen bedeutend kleiner sind In Abbildung 13 4 st aufgezeichnet welche Anfor
202. derungen an die Gr ndungsk rper ge stellt werden Sie m ssen zum einen eine hin reichende Sicherheit gegen ber der Bildung gleitgef hrdeter Felsk rper zum andern eine ausreichende Steifigkeit gegen unzul ssige Verformungen der Br cke aufweisen Im Zentrum der nachstehenden Ausf hrungen steht die Sicherheit gegen Versagen Die Fra ge nach der Gebrauchstauglichkeit wird nur am Rande behandelt obwohl die neue Briicke sehr empfindlich auf Setzungen und auf Verkippung ihrer Fundamente reagiert b Abb 13 4 Zwei m gliche Gef hrdungsbilder a Bildung eines instabilen Fels k rpers b Nachgeben eines Fels bereichs Setzung 6 Verkippung x F r den Nachweis eines hinreichenden Widerstandes unterscheidet man zwei Szenarien Beim globalen Versagen ist der potentielle Bruchk rper so volumin s dass er die Aufstandsfl che vollst ndig einschliesst Demgegen ber ist das okale Versagen auf einen Teil davon be schr nkt Selbst im zweiten vordergr ndig weniger kritischen Fall bestehen Zweifel ob die Tragf higkeit des verbliebenen Tragwerks ausreicht resp das Bauwerk die ihm zugedachten Aufgaben noch zu erf llen vermag Steht ein solcher Nachweis zur Diskussion so ist die Ein leitung konstruktive Massnahmen Anker D bel Injektionen etc vorzusehen 13 2 Untersuchungsgebiet Muro Lucano mit seiner bekannten Burg Abb 13 5 liegt auf einem markanten H gelzug in der Provinz Basilicata nahe der Hauptstadt Potenza
203. des Sicherheitsfak tors vom Auftrieb in den Gleitfl c 600 kN m chen S und Ky in Funktion der 3 0 Scherfestigkeitsparameter Weite i re am Bruchk rper angreifende E T Lastgr ssen sind das Eigenge 20 n wicht G die Fundamentlast F lt l und die Wasserkraft Ux Die E ee U Ux 0 Hohendifferenz zwischen der Oo U U 0 20 U Mauerkrone und dem Schwer 40 eee U 0 50 U punkt der Abl sefl che betr gt 57m Bruchmechanismus Glei ten auf 2 Gleitfl chen TP 0 0 15 25 35 45 Reibungswinkel welchem die effektive Normalspannung n den beiden Kontaktfl chen verschwindet Mit Ns Nx4 0 nach Abbildung 14 13 ist hier die Stabilit t des potentiellen Bruchk rpers nur noch durch die Koh sion bedingt Auf der anderen Seite repr sentiert der Wert O Auftrieb den vollkommen drainierten Zustand bei dem zus tzlich der Einfluss des Reibungswinkels voll mobilisiert wird Welche Folgerungen k nnen nun aus dem Diagramm gezogen werden Die wichtigste Erkenntnis bildet d e Tatsache dass die Gleitsicherheit des potentiellen Bruchk rpers bei einem Auftrieb von 93 5 oder 533 kN m um rund 78 auf einen Restwert abf llt Bei diesem mittleren Wasserdruck l st sich die Kontaktflache K4 vom benachbarten Untergrund und wird von einer Gleit zu einer Abl sefl che Gleichzeitig ndert der bisherige Bewegungsmechanismus zu Gleiten auf einer Ebene Gen gt vorher eine Koh sion von 250 k
204. des Sicherheitsfaktors A statistical figure derived from historical records of failure and the number of existing dams has no relevance to an individual dam and would do injustice to a dam carefully designed constructed operated and maintained by competent engineers 8 22 9 Untersuchungsmethode Eine Sichtung der publizierten Ansatze zur Untersuchung der vorliegenden Fragestellung l sst eine ganze Reihe davon erkennen Standen urspr nglich Experimente 1m Vordergrund werden heute fast ausschliesslich mathematische Untersuchungsmethoden angewandt Nur selten finden sich jedoch Hinweise auf ihre Grenzen sowie den Aufwand f r aussagekr ftige Resultate Eine Klarheit dar ber dr ngt sich aber insofern auf als gerade die neueren Metho den mit ihren graphisch ansprechenden Simulationen wegen der komplexen theoretischen Grundlagen dem praktischen Ingenieur eine zutreffende Beurteilung erschweren Nachfolgend versuchen wir eine Systematik in die Untersuchungsmethoden zu bringen Abb 9 1 Im Grundsatz unterscheidet man die experimentellen und d e mathematischen d h die graphischen analytischen und numerischen Methoden 9 1 Untersuchungen an physikali schen Modellen wurden haupts chlich vor und zu Beginn der Entwicklung der Felsmechanik vorgenommen Sp ter gelangten graphische und analyt sche Methoden zur Anwendung die zunehmend durch leistungsfahigere numerische Methoden verdr ngt wurden Die analyti schen und numerischen Me
205. direkten Beobachtung so dass massgebliche verborgen bleiben zweitens kann ihre Zahl bedeutend sein und drittens sind ihre Eigenschaften am Massstab des Bauwerks lokalen Schwankungen unterworfen Dieser Sachverhalt legt ein Vorgehen nahe bei dem s mtliche Trennfl chen n einem systematischen Zusammenhang behandelt werden Die Erfassung der Daten erfolgt an zug nglichen Aufschl ssen in Sondierschlitzen sch ch ten stollen oder anhand von Sondierbohrungen Zwei Vorgehen bieten sich an Entweder misst man alle Trennfl chen nach statistischen Gesichtspunkten ein z B mit terrestrischer Photogrammetrie oder Laser scanning 3 19 3 20 oder man w hlt gezielt einzelne signifi kante Exemplare aus und pr ft inwiefern die Eigenschaften hnlicher Trennfl chen von die sen abweichen Eine Aufnahme aller Trennfl chen an einer Sperrstelle st aufgrund des enor men Aufwandes und der eingeschr nkten Zug nglichkeit praktisch kaum durchf hrbar Eine solch grosse Informationsf lle ist berdies wenig sinnvoll da man zwar die sichtbaren Eigen schaften mit Akr bie bestimmt jene im Innern des Gesteinsverbandes aber weiterhin abschat zen muss 3 21 Im Bestreben lokal m glichst viele relevante Daten zu erheben werden auf der Felsoberfl che h ufig Messlinien oder Messfenster ausgeschieden Die Messlinien orien tiert man n verschiedene mit Vorteil senkrecht aufeinander stehende Richtungen um auch Trennfl chen unterschiedlicher Raumstellu
206. e brigen Trennfl chen gem ss den Vorgaben ein und bestimmt schrittweise alle Teilk6rper mit vorgegebener Form Entsteht dabei mehr als ein Teilk rper wie bei einem Horizontalschnitt durch eine gewellte Oberfl che so werden solche getrennt weiter behan delt ausser sie ber hren sich in mindestens einem Punkt Ein Teilk rper ist kinematisch zu l ssig sofern e Seine Ausbisslinie auf der Felsoberfl che aus einer einzigen geschlossenen Polylinie be steht die sich an keiner Stelle schneidet sonst in zwei Teilk rper unterteilen e Die Horizontalprojektion seiner Aussenberandung maximal einen gemeinsamen Punkt mit der Mantelfl che d e Vertikalprojektion keinen solchen mit der Grundfl che des digitalen Gel ndemodells aufweist e Seine Kontaktfl che h chstens einen gemeinsamen Punkt mit einer Kontaktfuge eines be reits erstellten Bauwerksk rpers besitzt Der Benutzer kann die Menge der Teilk rper wie folgt einschr nken e Durch Grenzwerte f r die L nge der Ausbisslinien pro Schar e Durch Grenzwerte f r die Gr sse der Kontaktfl chen pro Schar e Durch ein Minimalmass f r das Verh ltnis der Gr sse der Kontaktfl chen pro Trennfl chenschar z B Fl che Schar A Fl che Schar B min 1 2 wobei das Mass mit Hilfe eines Gewichtes f r jede Schar ver ndert werden kann e Durch Grenzwerte f r die Felsoberfl che e Durch Grenzwerte f r das Volumen Vom Rechenaufwand her ist die systematische Kombinat
207. e die durch Temperatur nderung und oder Entspan nung v a in Tiefengesteinen vorkommt Der unregelm ssige Abstand nimmt mit der Tiefe zu die Offnungsweite ab Die Rauhigkeit und Erstreckung ist eher gross Plutonitkl fte Trennfl chen die sich in Plutonen beim Intrusionsprozess bilden Je nach Raumstel lung bez glich der Fliesstextur unterscheidet man vier Arten L ngskluft ungleich m ssig verteilt kurz uneben geschlossen selten mineralisiert Querkluft senkrecht zur Fliessrichtung richtungskonstant lang eben glatt ge ffnet mineralisiert oder mit Ganggesteinen gef llt Lagerkluft flach geneigt eben selten mineralisiert Diago nalkluft diagonal zur Druckrichtung mineralisiert oder mit Ganggesteinen gef llt Sedimentgesteine Schichtkluft Trennfl che die durch Aufreissen inf Kontraktion bei Austrocknung Kompression bei Verfestigung Relativbewegung etc einer Schichtfuge mit schlechtem Verbund entsteht Sie ist oft geschlossen unregelm ssig und weist eine grosse Erstreckung auf Senkrecht stehende die Schichtkluft selten schneidende Querkl fte oft 2 Scha ren sind versetzt angeordnet Bildet sich durch das Aufreissen ein Paket aus einigen Schichten Bank so spricht man von Bankungskluft Schwundkluft Trennfl che die durch Aufreissen inf Kontraktion bei Austrocknung innerhalb einer Schicht entsteht Ihre Raumstellung ist uneinheitlich die Erstreckung reicht meist nur bis zu den Schichtfugen Me
208. e auf fr here Relativbewegungen der R nder 3 35 Kl fte des Prim rgef ges entstehen w hrend der Gesteinsbildung Tab 3 6 Es sind Absonderungen die sich durch Abk hlung einer Schmelze laminare Bewegung einer erstar renden Schmelze Austrocknung oder Verfestigung einer Schicht sowie durch Ablagerung feiner Ton oder Glimmerh ute bilden Kl fte des Sekund rgef ges gehen auf tektonische Vorg nge Verwitterung oder Entlastung zur ck Tab 3 7 Leptoklasen Durch Abk hlung Austrocknung oder rtliche Pressung entstandene Trennfl chen geringer Ausdehnung Diaklasen Keine Relativverschiebung der R nder Paraklasen Mit Relativverschiebung der R nder 3 3 38 3 Beschreibung Tab 3 5 Ubersicht iiber die F llungen in St rungen und Kl ften 3 3 3 24 3 36 Storungen Mylonit Stark verformtes Festgestein mit Planartextur oft mit Streckungslinear Kataklasit Stark verformtes Gestein mit richtungsloser Textur Die Verformung hat praktisch das gesamte Gesteinsvolumen erfasst Die Reduktion der Korngr sse wird v a durch Zerbrechen Kataklase und bruchlose Rekristallisation erzeugt Kakirit Dicht von tektonisch erzeugten Scher und Kluftflachen durchzogenes Gestein be stehend aus gr sseren Tr mmern in Gesteinsmehl Ruschelzone Tektonische St rzone mit intensiv gef ltelten oder durch krummfl chige Quetsch und Gleitfl chen zerlegten Gesteinsverb nden Kl fte Kristallf llung Auf den Gesteinsoberflachen a
209. e ist der Abbildung 11 14 zu entnehmen Im S den erstreckt es sich bis in eine Distanz von 30 m ab seeseitigem Mauerfuss 1m Westen und Osten bis 20 m ab Mauerende Im Norden wurde eine Abstufung vorgenommen Bei den Fl gelmauern liegt die luftseitige Begrenzungslinie 45 m vom luftseitigen Fuss zur Mauermitte hin betr gt die Distanz das Doppelte 70 m unter dem jeweils tiefsten seeseitigen Fusspunkt endet jedes der mit griechischen Buchstaben bezeichne ten Teilmodelle Die Lage der sechs Grenzfl chen als lot und waagrechte Ebenen gedacht ist unterschiedlich begr ndet Die Grenzfl che zwischen A und y trennt z B zwei Abschnitte in denen die meisten Hauptst rungen dokumentiert sind resp 1977 die luftseitigen Was seraustritte auftraten 7 11 5 2 Annahmen Das Korngef ge der kristallinen Matrix gliedert sich in drei Tiefen und zwei Ganggesteine Im neuen Modell ber cksichtigte man nur zwei Tiefengesteine da sich der helle fe nk rnige Granodiorit kaum anders verhalten wird als der vorherrschende grobk rnige Die Gangge steine wurden aufgrund der geringen r umlichen Ausdehnung und dem problemlosen Verhal ten weggelassen Im ganzen Sperrstellenbereich berwiegt somit der helle grobk rnige Gra nodiorit w hrend der dunkle feink rnige in kleinen klar abgegrenzten Zonen vorkommt Angesichts der am Massstab des Tragwerks mehrheitlich homogenen Struktur und richtungs losen Textur der zwei Tiefengesteine ist davon auszugehen
210. e strukturelle Einheit Sie muss die aus dem Aufstau re sultierenden Kr fte mit der erforderlichen Sicherheit aufnehmen 4 1 4 2 Tragwerk Sperrenk rper Mauer fundament gt Fundamentlasten Felsftundament Gr ndungsk rper Abb 4 1 Schematische Darstellung des Tragwerks und der Interaktion von Sperren und Gr ndungsk rper Die in der Kontaktfuge wirkenden inneren Kr fte bezeichnet man als Mauer Fundamentlasten bzw als Bettung auf den Gr ndungs bzw Sperrenk rper bezogen Das Mauerfundament K mpfer umfasst den untersten Bereich des Sperrenk rpers dessen Oberfl che grossmehrheitlich durch die Gr ndungsfl che gebildet wird Unter Felsfundament versteht man den tragenden Teil des Felsuntergrundes inkl Injektionen Drainagen etc d h denjenigen Bereich der f r das Gleichgewicht und die Formerhaltung notwendig ist Seine Begrenzungsfl che f llt mit dem geometrischen Ort zusammen wo die Verformungen infolge der Mauerfundamentlasten noch relevant sind Die am Tragwerk angreifenden Einfl sse Einwirkungen erzeugen im Tragwerk Reaktionen Auswirkungen 4 3 Bei den Einwirkungen unterscheidet man mechanische z B Lasten andere physikalische z B Temperatur chemische z B S uren oder biologische z B Al gen Je nach Art der Einwirkung resultieren mechanische Reaktionen Spannungen Schnitt sr ssen geometrische Verschiebungen Verformu
211. eben solchen in England Frankreich Spanien Russland Japan China oder den Vereinigten Staaten von Amerika v a das Laboratorio Nacional de Engenharia Civil gegr 1946 in Lissabon Portugal und das Instituto Sperimentale Modelli e Statture gegr 1951 in Bergamo Italien 9 6 9 7 9 1 Physikalische Modelle 129 Statische Modelle In den zwei bekanntesten Forschungsinsti tuten verlief die Entwicklung wie folgt e LNEC Das Tragwerk wurde als Block Pe S 1 100 1 500 in einer Schalung herge T stellt und mit einer Fr se verfeinert Das Verh ltnis der E Moduli von Beton und Fels modellierte man mit Zuschlagsstof fen diverser Dichte oder durch Perforati on des Untergrundes F r Versuche im Gebrauchszustand wirkte nur der hydro statische Wasserdruck Quecksilberbeu tel im Bruchzustand auch das Eigen gewicht hydraulische Pressen 9 10 e ISMES Die Schalung f r den Sperren a u 0 k rper 1 30 1 120 war mit den Ver Abb 9 2 Modell 1 100 der 104 m hohen Bo ankerungen vertikaler Zugdr hte verse gengewichtsmauer Ridracoli IT am hen und wurde in einen der Topographie ISMES mit Zugdr hten und hydrauli nachempfundenen armierten Betonblock schen Pressen zur Aufbringung des Ei eingebettet 9 11 Nach dem blockwei gengewichts bzw des hydrostatischen i i i i ks 9 12 sen Ausgiessen mit speziellen Materia au lien zur N herung der E Moduli ver presste man die Fugen und brachte das Eigengewicht d
212. ech Minnesota Amer Inst of Min Eng New York 4 55 CHEN W F 1975 Limit analys s and soil plasticity Elsevier Amsterdam 4 56 LOMBARDI G 1991 Stoffgesetze f r Felsfundationen von Betonsperren Felsbau 9 2 4 57 SAYIR M ZIEGLER H 1982 Mechanik 1 Grundlagen und Statik Basler Lehrb cher Physik Birkh user Basel 4 58 HOEK E 1976 Rock slopes In Proc of Specialty Conf of Geotechn Eng Div Rock Eng for Foundations and Slopes ASCE Boulder 5 Kinematik 5 1 SAYIR M ZIEGLER H 1982 Mechanik 1 Grundlagen und Statik Basler Lehrb cher Physik Birkh user Basel 5 2 HENCHER S R 1987 The implications of joints and structures for slope stability Jn Slope Stability Eds Anderson amp Richards J Wiley amp Sons New York 5 3 GLYNN E F EINSTEIN H H 1979 Probability of kinematic instability in rock slopes a numerical approach Jn 20 U S Symp on Rock Mech Center for Earth Sci and Eng University of Texas Austin 5 4 SERAFIM J L SAENZ F R 1966 Calculation of stability of slopes of dam foundations In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa 5 5 GOODMAN R E TAYLOR R L 1966 Methods of analys s for rock slopes and abutments a review of recent developments In Failure and Breakage of Rock Proc 8 Symp on Rock Mech Minnesota 5 6 SCOBLE M J LEIGH W J P 1982 Factors governing the stability of rock slopes in Br
213. ed Concrete Dem Druck des aufgestauten Wassers setzen Gewichtsmauern ihren Gleitwiderstand entgegen Abb 2 5 Bogenmauern bertragen die Kraft ber Gew lbewirkung auf den Talboden und die flanken Bei Pfeilermauern st tzen Pfeiler die Zwischenw nde und leiten die Kr fte in den Untergrund Gewichts und Pfeilermauern weisen einen ungef hr dreieckigen Querschnitt auf wobei der wasserdichte Teil bei letzteren st rker geneigt ist Im Gegensatz dazu wird der Vertikalschnitt von vielen Bogenmauern durch unterschiedlich gekr mmte B gen begrenzt Die Sohlenbreiten verdeutlicht den Unterschied Bei einer Stauh he von 100 m betr gt die Breite einer Gewichtsmauer ca 75 m diejenige einer aufgel sten Mauer 85 m bei einer Bogenmauer nur 25 m Abb 2 5 Die mittleren Fl chenpressungen betragen rund 3 5 MPa Gewichtsmauer 5 7 MPa Pfeilermauer resp 7 10 MPa Bogenmauer 2 6 2 16 Diese im Vergleich zu Staud mmen h heren Werte sowie die geringere Anpassungsf higkeit an Bewegungen des Untergrundes erkl ren weshalb Staumauern vornehmlich auf Fels errich tet werden Historisch wurde die lteste Gewichtsmauer 3 000 v Chr f r die Wasserversorgung der Stadt Jawa in Jordanien gebaut 2 14 Auch in Baluchistan und im Irak hat man solche Konstruk tionen aus zwei Trockenmauerwerksmauern mit innenliegendem Erdkern gefunden Der erst malige Bau aufgel ster Mauern ist den R mern zuzuschreiben die St tzpfeiler auf der Luft seite
214. edenen Diagrammen dar Sie erlaubten dem pro jektierenden Ingenieur die Bandbreite der Anzahl Anker rasch abzusch tzen Um die Eig nung von Steinschlagz unen und Schutzgalerien berschl gig zu pr fen wurden zus tzlich Sturzenergieberechnungen nach 12 9 mit einfachen Annahmen f r die Form und Gr sse der Felsk rper die Gel ndeoberfl che die Untergrundbeschaffenheit entlang der Sturzbahn usw durchgef hrt Auf sie soll hier nicht n her eingegangen werden Bestimmung potentieller Bruchk rper in einer unterschnittenen Felswand Die F lle vorhandener Unterlagen legte einige Zeit sp ter nahe an der Bristenstrasse die neu artigen F higkeiten von AutoBlock in den Bereichen Digital Terrain Model und Kinemati cal Conditions auszuloten Im speziellen wollte man pr fen auf welche Weise die teils ber h ngende Felsoberfl che zu modellieren sei und inwieweit identifizierte Bruchk rper auf dem Bildschirm nachgebildet werden k nnen Das digitale Gel ndemodell in Abbildung 12 10 umfasst die s dwestliche Ecke des Untersu chungsgebiets wo sich die Teile 1 2a und 3 treffen Es beinhaltet die vierte Wendeplatte die benachbarten Strassenabschnitte sowie den vierten Tunnel Die Aussenberandung setzt sich aus der horizontalen Grund und den vier vertikalen Mantelfl chen zusammen die im Grund riss ein Rechteck aufspannen F r die vertieften Betrachtungen konzentrierte man sich auf den rot markierten in Abbildung 12 11 besse
215. efinierten Dialogelementen Text Bild Schaltelemente Sie er lauben die Eingabe von Werten das Treffen einer Auswahl oder die Ausf hrung von Operati onen Konkrete Beispiele von Dialogfelder finden sich in 10 12 10 16 oder 10 17 F r weitere Angaben zum Programm verweisen wir auf die Tabelle 10 1 Ein Men ist Hilfsmittel zur Eingabe von Befehlen und Befehlssequenzen damit diese nicht ber die Tastatur einge geben sondern aus einer Liste von Alternativen durch Anklicken ausgew hlt werden k nnen 10 2 Beschreibung 145 Menuebene 1 Menuebene 2 Menuebene 3 Abrollmen Untermen Untermen Rock Surface Base Boundary Underground Foundation Body gt Construction Result Digital Terrain Model gt Block Shape Kinematical Conditions Block Size Loading Conditions Examination Strength Result Computation gt Export Body Force Back to Dialog Point Force Water Force Determination Result Insert State il Zoom to DIM Save View as Reset Preferences Help gt About AutoBlock Exit AutoBlock Calculation Result Factor of Safety Additional Force Iteration Result v Abb 10 5 Staffelung der Teilprogramme ber drei Men ebenen Die schwarzen Dreiecke verweisen auf Untermen s der Ebenen 2 3 die Punkte symbolisieren ein nachfolgendes Dialogfeld Der Algorithmus zur I
216. egels erzeugt bei dessen Eintauchen in den See eine Schwallwelle Abb 4 4 c Diese belastet den Sperrenk rper zus tzlich oder schwappt ber die Krone wie z B in Vaiont IT 1963 4 34 Beim Auftreffen auf der luftseitigen Ge l ndeoberfl che kann die Schwallwelle berdies Auskolkungen verursachen Abb 4 4 Schematische Darstellung m glicher Vorkommen instabiler Felsk rper a Unterhalb b Ober halb des Sperrenk rpers c Im Staubecken z B l ngs der Seeuferlinie 4 3 Versagensmechanismen 51 Zeitlich ist ihr Auftreten sowohl im Bau wie im Betriebszustand m glich selbst nach l nge rer Nutzung ohne besondere Vorkommnisse Die Gr nde liegen v a in Unsicherheiten bez g lich des weitgehend unbekannten Langzeitverhaltens der Felsfundation und in ausseror dentlichen Einwirkungen wie Erdbeben oder Hochwasser So k nnen u a durch Rissfort pflanzung infolge des langandauernden zyklischen Einstaus innere Eros on der F llung L sungsvorg nge im Gestein alternde Injektionsschleier oder kolmatierende Drainagebohrun gen neue Sickerwege entstehen und den Bereich unter der Fundationsfl che schw chen Tab 4 1 Beispiele f r gravierende Schadensf lle in der Felsfundation von Gewichtsmauern Die Angaben entstammen verschiedenen Quellen und k nnen geringf gige Abweichungen aufweisen 4 8 4 17 4 26 4 28 4 35 40 Konstruktions H he gr sste H he ber der Gr ndungsfl che Austin US Matrix Beton
217. ei minima lem Fallwinkel resultierte bei Verschneidung der beiden Kl fte 1 310 74 und 2 166 66 eine flachste Schnittlinie von 234 40 Abbildung 13 13 c zeigt die Kontaktfl che des potentiellen Bruchk rpers B mit dem gr ssten Volumen Der Einf gepunkt der beiden Trennfl chen befindet s ch an einem geringf gig anderen Ort als n Abbildung 13 13 b Abb 13 13 Linke Talflanke mit den Kontaktfl chen potentieller Bruchk rper bestimmt anhand der a Mittelwerte der Raumstellung 3 Bruchk rper wobei Kluftschar 1 r tlich 2 gelblich b Gemessenen Werte maximaler Bruchk rper A c Extremwerte maximaler Bruchk rper B Obschon die Bruchk rper A und B die Aufstandsfl che schneiden lo kales Versagen betr gt das be rechnete Volumen gem ss Tab 13 1 mehr als 11 955 m die be rechnete L nge der Ausbisslinien mehr als 108 m Im Vergleich da zu sind die vor Ort beobachtbaren Ausbisslinien rund viermal k rzer Angesichts einer solchen Aus gangslage er brigt sich die weitere Untersuchung eines theoretisch denkbaren globalen Versagens 13 4 2 Bruchmechanismen Tab 13 1 Einige geometrische Angaben zu den berechne ten potentiellen Bruchk rpern A und B von Ab bildung 13 13 K1 Kluft der Schar 1 Bruchk rper A Bruchk rper B Schnittlinie 117 m 235 50 90 m 234 40 Ausbisslinie K1 155m 125m Ausbisslinie K2 165m 108m Kontaktflache K1 2 275 m 1 665 m Kontaktfl che K2 17978
218. eich f r ein besseres Verst ndnis der anstehenden Verh ltnisse 12 4 Felsk rperanalyse 189 Untersuchung potentieller Bruchk rper in einem Bereich mit Wasseraustritten Das Isench li ist eine mit Lockergestein gef llte Rinne oberhalb der vierten Wendeplatte Im Jahre 2001 veranlasste d e Bauherrschaft deren Aushub um die Felsoberfl che abdichten und dadurch d e Wasseraustritte entlang der Strasse reduzieren zu k nnen Abb 12 18 Nach einem unerwartet umfangreichen Aushub von rund 2 500 m Lockermaterial wurde eine fels mechanische berpr fung der freigelegten B schungen in Auftrag gegeben 12 13 Mit den neu gewonnenen Informationen ber das Fl chengef ge m Bereich SPORN waren nun ins besondere die fr her als wenig wahrscheinlich betrachteten potentiell instabilen Felsk r per mit einem Volumen von mehreren hundert Kubikmetern in Betracht zu ziehen Abb 12 18 Dreiteilung des Gebietes in die Bereiche SPORN B SCHUNG und TUNNEL Blick aus dem Modellhelikopter ca in Richtung S Eine Ansicht des unterschnittenen SPORN s vom Tunnel aus kann Abbildung 12 14 entnommen werden Bild Fuchser Messtechnik AG Bern Die schwer einsehbare komplizierte Topografie liess eine manuelle Bestimmung potentieller Bruchk rper als aufwendig erscheinen Zudem bestand die Gefahr dass massgebende K rper gar nicht erkannt w rden Erfreulicherweise hatte das mittlerweile neu entwickelte Programm AutoBlock einen Stand er
219. eichen eines Grenzgleichgewichtszustandes gekennzeichnet werden ein sol cher macht sich be1 manchen Verfahren dadurch bemerkbar dass sich numerisch kein Gleich gewicht bestimmen l sst Bei manchen ist dies jedoch eine Folge von numerischen Instabilita ten Der Bruch wird entweder durch eine Erh hung des hydrostatischen Wasserdrucks resp der Wasserdichte oder durch eine Reduktion der Scherparameter herbeigef hrt Die Nachbil dung der Mechanismen bleibt bescheiden weil solche Modelle in den allermeisten F llen begrenzte Verformungen voraussetzen In der Schweiz wurden einzig die Bogenmauern St Maria Mauvoisin und Luzzone mit einem r umlichen FE Modell untersucht 9 14 Weitere Beispiele aus dem Ausland Gewichtsmau ern Upper Stillwater US Mingtan TW Three Gorges CN und Itaipu PY Bogenge wichtsmauern Theodore Roosevelt US Katse ZA und Houhe CN Pfeilerstaumauer Tir so IT Mehrfachgewolbemauer Cambambe AO Abb 9 5 Bogenmauern Ernstbach DE 9 2 Berechnungsmodelle 133 Suarna ES Inguri RU Longtan CN Abb 9 4 Er tan CN und Lijiaxia CN Kuppelmauer Canelles PT Bei Letzterer erfolgte die nichtlineare FE Berechnung an einem Modell mit 1208 Volumen und 1505 Kluft elementen zur Darstellung von 12 Vertikalkliften 5 Schicht und 4 anderen Trennflachen Neben 32 glo balen Bruchk rpern identifi zierte man 32 lokale auf der linken bzw 5 auf der rechten Widerlagerseite sowie 5 Abb 9 6 H
220. eigenschaften auf fragw rdige Weise So erfolgt zum Beispiel die Erfassung des gekl fteten Felsens mit seinem mechani schen und hydraulischen Verhalten nahezu ohne Kennwerte in Form einer Zahl 1 10 1 11 Auch der Bezug des Trennfl chengef ges zum Bauwerk wird entweder gar nicht oder nur in unzul ssig vereinfachter Weise ber cksichtigt Die Aussagen der Klassifizie rungssysteme bleiben generell unverbindlich und liefern kaum verwertbare Erkenntnisse e Geostatistische Verfahren zur Extrapolation des Trennfl chengef ges sind zwar in der Literatur ansatzweise vorhanden z B in 1 12 doch weichen die generierten Modelle noch massgeblich von den in der Real t t beobachtbaren Kluftsystemen ab e Auf theoretische Ans tze f r die Scherfestigkeit eines stark zerkl fteten Felsens im ber gangsbereich Festgestein Lockergestein wird nicht eingegangen da solche Fundationsver h ltnisse nur in Ausnahmef llen vorkommen Im brigen gr nden die zugeh rigen Stoff gesetze zum Teil auf Klassifikationssystemen 1 5 Vorgehen 5 e Auf die Grundlagen der Bruchmechanik wird nicht eingegangen weil die diesbez glichen Arbeiten noch keine praktische Anwendung im Felsbau zulassen 1 13 e Bei der Zusammenstellung bekannter Untersuchungsmethoden fehlen die graphischen Me thoden Sie d rfen im Zeitalter von CAD als berholt angesehen werden obschon sie ihrer Einfachheit wegen anschaulich und lehrreich w ren e Konstruktive Massnahmen werde
221. eim Ersteinstau untersp lt wurde Mit zunehmender Durchsickerung wurde Lockergestein verwit tertes und gesundes Gestein sowie Ton mitgerissen Das Mauerende setzte sich worauf der Sperrenk rper aus Beton brach und lokal kippte Der Rest der Betonmauer blieb stehen Malpasset FR Matrix Beton Metamorphes Gestein Kenndaten H he L nge 61 222 m Fertigstellung 1954 Versagen 1959 lt f nf Betriebsjahre Ph nomen Im linken Felsfundament des doppelt gekr mmten Sperrenk rpers versagte spr dbruchartig ein Felsk rper von ca 40 000 m Abb 4 7 8 Die Abl sefl che lag unmittelbar am seeseitigen Mau erfuss und konnte der Schieferung zugeordnet werden Die ca 30 m vom luftseitigen Mauerfuss ausbeissende Gleitflache fiel mit einer ca 30 cm dicken mit Silt und Ton gef llten St rung zu sammen Vermutlich ffneten sich bei Vollstau die teils offenen teils mit Ton gef llten Schiefer fl chen so dass aus dem Seebecken Wasser eindringen konnte Der Sperrenk rper rotierte im Zustand des Versagens um eine Vertikalachse mit Zentrum im rechten Widerlager Das linke Mauerfundament in Form eines 10 m hohen Gewichtsk rpers wurde horizontal um rund 2 m ver schoben Die Flutwelle hatte 421 Todesopfer zur Folge Pacoima US Matrix Beton Metamorphes Gestein Kenndaten H he L nge 114 195 m Fertigstellung 1929 Versagen 1971 gt f nf Betriebsjahre Ph nomen W hrend dem Bau wurde die Felsfundation im linken Widerlage
222. eine charakteristische Trennfl che samt Raumstellung ein Zus tzlich legt Abb 10 10 Falllinie mit Fallrichtung 0 lt a lt 360 er den Halbraum mit dem potentiellen Fallwinkel 0 lt 6 lt 90 sowie Norma Bruchk rper fest wodurch die Einblen lenvektor dung eines lokalen Koordinatensystems zur Orientierung m glich wird Abb 10 10 Dessen x Achse entspricht der Streichrichtung die y Achse der Falllinie w hrend die z Achse den positiven Normalen Einheitsvektor n den gew hlten Halbraum repr sentiert Ein Schaltelement erm glicht den Zugang zu einer schematischen Darstellung der Bruchk r perform in einer Kugel ein anderes den Zugriff auf geometrische Informationen z B Schnitt linien Zwischenwinkel Die Bruchk rpergr sse h ngt u a von der Lage und r umlichen Erstreckung der Trennfl chen ab Die Lage wird zum einen durch den Referenzpunkt zum andern durch den Abstand in Richtung der Trennfl chennormalen definiert Der Benutzer entscheidet ob er eine fixe AutoBlock stellt die Winkelkonventionen von AutoCAD derart um dass Winkel positiv im Uhrzeigersinn genommen werden Die Nordrichtung entspricht null Grad Der Halbraum einer Ebene wird durch die positive Richtung des Norma lenvektors bestimmt F r den oberen Halbraum ist die Neigung der Normalen gleich dem Neigungswinkel der Falllinie der Ebene abz glich 90 f r den unteren Halbraum zuz glich 90 10 16 x Achse Streichrich
223. eitete Umkristallisation unter Durchbe wegung mit langsamen ausgeglichenerem Temperaturgef lle Dislokationsmetamorphe Gesteine Entstehen bei der Gebirgsbildung durch hohe Dr cke Die Gemengteile der urspr nglichen Gesteine werden dabei zertrummert oder zerrieben Magmatische Gesteine Magmatische Gesteine entstehen durch Erstarrung einer Gesteinsschmelze Ihr Korngefiige ist ein Prim rgef ge das vom Kristallisationsverm gen des Magmas abh ngt Eine langsame Abk hlung der Gesteinsschmelze beg nstigt dabei die Kristallbildung Die Struktur wird an hand des Kristallinit tsgrades der Kornform sowie gr sse beschrieben Da bei Plutoniten das Magma in k hleren Gesteinen der Erdkruste steckenblieb erfolgte bei langsamer Abk hlung eine vollst ndige Kristallisation Ihre Struktur ist deshalb mittel bis grobk rnig glasfrei und gleichk rnig mit ineinander verzahnten Einzelkristallen Ganggesteine zeichnen sich durch eine porphyrische Struktur aus d h grosse Einsprenglinge in einer fein bis mittelk rnigen Grundmasse Bei den an der Erdoberfl che bei rascher Abk hlung aus einer Schmelze erstarr ten Vulkaniten konnte die Kristallisation nicht vollst ndig stattfinden Sie sind deshalb glasig oder bestehen aus einer dichten feink rnigen Grundmasse in der die gesteinsbildenden Mi nerale makroskopisch kaum zu erkennen sind Auch die Einsprenglinge sind im Vergleich zu den Ganggesteinen bedeutend kleiner 3 26 Hinsichtlich der Text
224. ekannt ist sollten diesbez glich unterschiedliche Annahmen getroffen werden e Sedimentgesteine Schichtfugen weisen eine erhebliche Ausdehnung auf In der Regel bleibt aber hre exakte Lage ungewiss e Metamorphe Gesteine Schieferungsfugen k nnen sich ber gr ssere Fl chen erstrecken Ihre Lage ist jedoch kaum vorhersagbar Fl chengef ge Mit zunehmender Anzahl Scharen und Einzelfl chen steigt der Zerlegungsgrad wodurch ver mehrt kleinere Bruchk rper auftreten Dem steht gegen ber dass sich manchmal erst durch die Verschneidung mehrerer Scharen ein volumin ser Bruchk rper ausbilden kann Bei einer abgestuften Kontaktfl che f hrt eine unterschiedliche Trennfl chenlage zu einer nderung von V4 Abb 5 14 Weitere Einfl sse in Bezug zu den Aspekten nach Kapitel 3 1 3 sind It is usually necessary to assume that as they are ubiquitous a seam could exist at the most critical location in any section of dam under consideration 5 27 76 5 Kinematik e Lage Raumstellung Die Gr sse eines Bruchk rpers resultiert aus der Position und Raum stellung der einzelnen Trennfl chen in Abh ngigkeit zur Gel ndeform e Form Ebenheit Versatz ffnungsweite F llung Rauhigkeit Verwitterung Bei allen Sie ben ist kein direkter Einfluss auf die Bruchk rpergr sse bekannt e Erstreckung Trennflachen mit grosser r umlicher Ausdehnung bewirken volumin sere Bruchk rper N tzliche Hinweise auf die Durchtrennung der Ko
225. el i f r die Unebenheit l sst sich bestimmen sofern die geometrische Abweichung einer Trennfl che von der Ebene ber eine Bezugsstrecke eingemessen wurde Dieser Wert ist ein richtungsbezogenes Mass fir die Abstufung e1 ner gewellten Kontaktflache Abb 5 15 Versatz ffnungsweite F llung Rauhigkeit Verwitterung Alle f nf haben keinen direk ten Einfluss auf die Abgrenzung einer Bruchk rperform Matrixwechsel Der Verlauf einer Kontaktfl che kann hier abrupt wechseln Verteilung Sie spielt insofern eine Rolle als zonar vorkommende Trennfl chen nur lokal den Verlauf der Kontaktfl che bestimmen Abstand Er hat nur bei Annahme einer abgestuften Kontaktfl che einen Einfluss indem die Geometrie der Stufen ndert berlappung Sie kann sich auf die Form einer allf lligen Abstufung auswirken Ist die berlappung sehr gross so stellt sich die Frage ob man sie bei der Abgrenzung der Bruch k rperform berhaupt noch in die berlegungen miteinbeziehen will Materialbr ckenl nge Der relevante Mechanismus zeichnet sich dadurch aus dass die Materialbriicken in Richtung der am Bruchk rper angreifenden Resultierenden R m g lichst kurz sein sollten gilt vor allem bei Abstufungen Bei der Verschneidung ist darauf zu achten dass keine Kontaktfl che mit parallelen Teilfl chen ausgeschieden wird z B kein Quader Die Begr ndung liegt in der Dilatanz mit der jede Translation einhergeht vgl Kapitel 5 3 und
226. elluntersuchungen fiir die Griindung von Talsperren Rock Mech Rock Engng 14 3 Springer Wien 6 49 SCHNITTER N 1994 A history of dams the useful pyramids A A Balkema Rotterdam 6 50 Du C 1997 Concrete shear keys for the foundation treatment of gravity dams Hydropower amp Dams Issue Three 6 51 JOHN K W 1975 Design of rock slopes and foundations review and comments In 16 Symp on Rock Mechanics Minneapolis 6 52 HOEK E RIPPERE K H STACEY P F 2000 Large scale slope designs a review of the state of the art In Slope Stability in Surface Mining Hustrulid McCarter amp Van Zyl Soc for Mining Metallurgy and Exploration Inc Colorado 6 53 GOLZE A R 1977 Handbook of dam engineering Van Nostrand Reinhold Comp New York 6 54 FRANKLIN J DUSSEAULT M 1989 Rock engineering applications McGraw Hill New York 6 55 ICOLD 1988 Dam design criteria the philosophy of their selection Bulletin 61 Paris 6 56 JANSEN R B 1988 Advanced dam engineering for design construction and rehabilitation Van Nostrand Reinhold New Y ork 6 57 DIN 19700 1986 Stauanlagen Teil 11 Beuth Berlin 6 58 BLIND H 1987 Wasserbauten aus Beton Ernst amp Sohn Berlin 6 59 STUCKY A STUCKY J P SCHNITZLER E 1961 Conceptions actuelles dans la construction des barrages vo tes en Suisse In Proc 7 Cong ICOLD Barrages en Suisse Rom
227. em Seestand dar gestellt Jeder Druckwert pro Messinter vall ist gem ss der Bohrlochneigung als Parallelogramm aufgezeichnet des sen H he je nach Schwankungsbreite der gemessenen Werte variiert Die Geraden zeigen den hydrostatischen Druck bei maximalem A resp bei minimalem Seestand B In Abbildung 11 6 a st augenf llig dass die Druckverteilung bei Vollstau nicht linear mit der Tiefe zu nimmt sondern sprunghaft ndert Der h chste Wasserdruck entspricht dem Seestand und wird m Bohrlochtiefsten gemessen Er weist damit auf eine direk te Verbindung zum Seebecken hin In b ist die in einem andern Bohrloch bei tiefstem Seestand gemessene Druckver teilung ersichtlich Un bersehbar sind die Intervalle zwischen 15 und 30 m die einerseits eine gr ssere Streuung der Werte andererseits einen ber dem See stand liegenden Druck zeigen Kluftwas ser berdruck wegen rascher Entlastung Die enorme Anzahl beobachteter Druck werte gab den Anstoss ein Potentialli niennetz zu konstruieren Abb 11 7 Die be Vollstau auff llige Ausrichtung und Verdichtung der Niveaulinien m Bereich des seeseitigen Mauerfuss be deutet dass hier ein markanter Druckab bau stattfindet 11 3 3 Kopplung W hrend die Piezodex Ablesungen auf die Messung des Potentialfeldes zielten sollten die gleichzeitig stattfindenden Gleitmikrometer Ablesungen die aktiven Kl fte im Felsfundament berwachen Um eine vermutete Korrelatio
228. emnach der lokale bei L der globale und bei L der massgebende Bruchk rper Das Ergebnis ist identisch wenn man mit einer konstanten Lage des Bezugspunktes L bei variablem Abstand D arbeitet Die Systematik entspricht Beobachtungen an progressiven Verbr chen be Felsb schungen n englischen Kohlebergwerken 5 6 Dort stellte man fest dass eine bestimmte Form trotz fort schreitender Bruchk rperbildung Abb 5 17 beibehalten oder h chstens vereinfacht wurde Die Grosse des Bruchkorpers wird zum einen von der Geometrie der Felsoberfl che zum andern vom Fl chengef ge bestimmt Eine zentrale Rolle kommt der Annahme bez glich der Lage der Trennfl chen zu die bei der Analyse fix z B f r eine ganz bestimmte Trennfl che oder variabel z B bei engst ndigem Abstand ge w hlt werden kann Dabei M hat sich bew hrt die Ver 4M schiebungsbetr ge nach dem i Abstand der Trennfl chen zu w hlen Das methodische Suchen nach Bruchk rpern mit gleicher Form erfolgt auf vielf ltige Weise So kann man z B bei einer zweiteiligen Kontaktflache die eine Trennflache fixie ren und die andere be a b reichsweise O E Auch Abb 5 16 a Bodenmechanik Variation der Bruchfl che mit R die gemeinsame Schnittlinie konstant M variabel b Felsmechanik Variation der darf im Raum verschoben Kontaktfl che mit D konstant L variabel Die Bruchk rperbildung erfolgte schrittweise d h zuerst Bruchk rper
229. en Massnahmen festlegen Abb 2 10 Vorgehen bei der Modellierung bildet die Festlegung der notwendigen Massnahmen Eine solch bewusste Vereinfachung der Wirklichkeit reduziert die Gefahr angesichts der Komplexit t der Aufgabe den berblick zu verlieren Es ist naheliegend dass das Ergebnis eines jeden Schrittes nur so gut sein kann wie der vorausgegangene bew ltigt wurde Eingebaute Kontrollpunkte erlauben die Plausibilitat der benutzten Daten und Zwischenergebnisse zu berwachen Das eigene Urteilsverm gen sowie Pr fungen durch Drittpersonen helfen logische Fehler wie Widerspr che oder Versehen zu entdecken 2 44 Judgment is required to set up the right lines for scientific investigation to select the appropriate parameters for calculations and to verify the reasonableness of the results What we can calculate enhances our judgment allows us to make better judgments permits us to arrive at better engineering solutions Yet although theory can improve our Judgment it can also inhibit judgment if it is used without discrimination and without critical evaluation 2 43 22 2 Grundlagen In der Geotechnik unterscheidet man heute die in a b Abbildung 2 11 b dargestellten Modellarten Sie gr nden alle auf der Beschreibung der relevanten Beschreibung des Untergrundes Eigenschaften des Untergrundes die im Prinzip bereits ein geologisch hydrogeologisches Modell darstellt Zu den Modellen Modell des e Beschreibung
230. en sowie den aus der Analyse ableitbaren Massnahmen sollte die Kontrolle der in den Entscheidungs prozess eingeflossenen Informationen erleichtert werden Als sturzgef hrdet bezeichnen wir einen K r per der schon bei einer geringf gigen Anderung der usseren Kr fte oder Festigkeitswerte seine Abb 12 3 Schrittweises Vorgehen siehe Kap 12 2 12 5 12 4 12 2 Untersuchungsgebiet 177 Lage in einer Felswand potentieller Bruchk rper oder im lockergesteinsbedeckten Ge l nde ndern kann abiler Block Der Begriff verkn pft dabei zweierlei Gesichtspunkte Zum einen den summarischen Hinweis auf die Kinematik zum andern die ganz konkrete M glichkeit des Auftretens einer Bewegung 12 2 Untersuchungsgebiet Die zu untersuchende Felsb schung wurde n hrer Entstehung haupts chlich durch einen Ne bengletscher des Reussgletschers gepr gt Nach dessen R ckzug setzte die Erosionstatigkeit des Ch rstelenbachs ein der die tiefste in Nord Nordwesten gelegene Grenzlinie des Unter suchungsgebietes bildet Im S den durch die Felswandoberkante im Osten und Westen durch Wendeplatten begrenzt erstreckt sich das Untersuchungsgebiet ber rund 60 000 m Zur Etappierung der Arbeiten wurde die in Abbildung 12 4 festgehaltene Dreiteilung vorge nommen Teil 1 umfasst die bis 25 m hohe Felswand oberhalb des obersten Strassenabschnitts kurz vor St Antoni Teil 2 besteht aus dem Gel nde zwischen den beiden ob
231. en Bruchmechanismus entscheidenden Trennfl chen samt schwer messbarer Steifigkeit vorge ben 9 31 Die M glichkeit progressive Bruchvorg nge nachbilden zu k nnen entpuppt sich als wenig hilfreich weil Staumauern nur geringen Verschiebungen widerstehen Ein klass scher Sicherheitsfaktor im Sinne einer Festigkeits oder Einwirkungsreserve existiert nicht Das Verfahren zeigt nur den Bruchmechanismus f r einen bestimmten Parametersatz an Die hohe Rechenzeit wegen der aufwendigen Kontaktsuche im Raum erschwert eine sys tematische Parametervariation Trotz graphisch ansprechender Simulation werden solche Mo delle vornehmlich n der Forschung aber nur selten n der Praxis verwendet Die heutigen M glichkeiten 1m Bereich der Deformationsmethoden verleiten viele Fachleute dazu Stabilitatsuntersuchungen in einer Form zu betreiben die vor einigen Jahren noch v llig undenkbar gewesen ware So hilfreich derartige Aktivit ten auch fur die Weiterentwicklung im Gebiete der Felsmechanik sein m gen so sollte man fur die L sung praktischer Probleme immer die einfachste noch vertretbare Vorgangsweise w hlen Bei vielen auf den ersten Blick genauen Modellierungen besteht das Problem dass sich wichtige Eingangsparameter nur grob absch tzen lassen und ihre gewissenhafte Variation kaum m glich ist Stets lauert die In general the more sophisticated is the method of analysis the more copious detailed and refined are the performa
232. en Beh rden ber kurz oder lang nachgeben werden Daneben bed rfen die bestehenden Staumauern weiterhin einer periodischen Sicherheits berpr fung im Rahmen der ordentlichen berwachung bei der das Verhalten des Tragwerks neu untersucht und bewertet werden muss Diese Ausgangslage belegt die Bedeutung der Frage nach der Stabilit t von Staumauerfun damenten aus Fels Sie muss auch k nftig mit der gebotenen Sorgfalt untersucht werden M gliche Gr nde Massgebende Trennfl chen blieben verborgen ein kritischer Bruchmechanismus wurde nicht er kannt eine bertragung der Laborwerte auf die Realit t war nicht m glich zeitabh ngige Felseigenschaften sp tere Injektionsarbeiten beeinflussten die Sickerstr mungsverh ltnisse Interaktion mit einem anderen Bauwerk etc 232 Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole Schreibweise Vektoren sind fettgedruckt Vorzeichenkonvention In der Geotechnik sind positive Normalkr fte Druckkr fte Abk rzungen A Abschnitt in einem Teilgebiet AO Angola AR Aktiver Riss AT sterreich B Bauwerksk rper BA Bosnien und Herzegowina BBR Deutsches Bundesamt f r Bauwesen und Raumordnung BE Belgien BEM Boundary Element Methode CAD Computer Aided Design CH Schweiz CL Chile CN China D Abstand digitales Gel ndemodell Durchl ssigkeit DDA Discontinuous Deformation Analysis DE Deutschland DEM Distinct Element Methode DHM25 Digitales H henmodell aus der
233. en Massnahmen trachtet man nach einer Voraussage des Zeitpunkts eines Versagens um minimalen Schaden davonzutragen 4 21 58 4 Tragwerk wie in Vajont 1961 im Bereich eines Staubeckens instabil werden Den Regelfall stellen jedoch kleine Ein und Anschnitte sowie Fundationen f r Br cken Geb ude etc dar Diese Variation der Gr ssenordnung und des Risikogrades spielt nicht nur bei der ingenieurtechni schen L sung des jeweiligen Problems eine entscheidende Rolle sondern auch bei der Festle gung der Kriterien f r die Errichtung solcher Bauten In Bezug auf potentiell instabile Felsk rper unterscheiden sich B schungen und Fundationen in dreifacher Hinsicht Tab 4 3 Erstens h ngen bei Staumauerfundationen die Abmessungen solcher Felsk rper von der Ausdehnung der Gr ndungsfl che ab je ausgedehnter desto gr s ser muss der kritische Felsk rper sein Zweitens stellen die Fundamentlasten die zyklische Stauhaltung sowie die damit verbundene Schwankung des Porenwasserdrucks eine vorher nicht vorhandene erhebliche Einwirkung auf den Fels dar Drittens bewirkt die schr ge Last einleitung auf die Fundationsfl che dass sich im Fels je nach Wasserstand Zug und Druck zonen bilden welche u a die Wasserwegigkeit oder die Scherfestigkeit rtlich beeinflussen Trotz alledem darf man festhalten dass die postulierte hnlichkeit zwischen B schungen und Fundationen im Fels besteht und letztere einen Spezialfall von ersteren darstellen
234. en Mauerfundamentes und zu einer Rissbildung bis auf halbe Mauerh he Doch selbst die Sprengung eines 2 m breiten Hohlraums 5 m oberhalb der Gr ndungsfl che konnte kein Versagen des Tragwerks bewirken obschon dieses nicht f r solche Einwirkungen bemessen worden war 4 26 Bei kontinuumsmechanischen Berechnungen ist die Bestimmung einer quantitativen Sicherheit in Form eines Sicher heitsbeiwertes im allgemeinen nicht m glich Hier bedarf der Nachweis der Standsicherheit einer sorgf ltigen Interpre tation des Berechnungsergebnisses Beschr nkung der Gr sse der Fliessbereiche 4 9 60 4 Tragwerk Mechanik notwendig Sie besagen dass f r eine zul ssige L sung im allgemeinen Fall die Gleichgewichtsbedingungen die Stoffgesetze und die Vertraglichkeitsbedingungen notwen dig sind Werden einzelne der Bedingungen nicht beachtet um den Berechnungsaufwand zu verkleinern so erh lt man nach der statischen Methode der Plastizitatstheorie engl lower bound theorem einen unteren nach der kinematischen Methode engl upper bound theorem einen oberen Grenzwert f r die Traglast L sungen f r den unteren Grenzwert erf llen das Kr ftegleichgewicht verletzen das Fliesskriterium nicht und ergeben Sicherheitsfaktoren die kleiner oder gleich wie die exakte L sung sind L sungen f r den oberen Grenzwert gr nden auf kinematisch zul ssigen Geschwindigkeitsfeldern oder Bruchmechanismen und f hren zu Sicherheitsfaktoren die gr sser
235. en Tal nicht gleich sein w e jener einer Talsperre oberhalb einer Grossstadt Der Ansatz einer sta tistischen Untersuchung bestehender Tragwerke greift zu kurz weil bei Prototypen die bertragbarkeit der Daten nicht gew hrleistet ist Die Antwort liegt sowohl in der Ver antwortung von Fachleuten als auch in jener der Gesellschaft welche die Folgen eines un erw nschten Ereignisses zu bernehmen h tte Probabilistische Untersuchungen m gen vom theoretischen Standpunkt interessant sein ha ben aber einen geringen praktischen Nutzen 8 5 8 37 Einzig m Bergbau wird diese Si cherheitsdefinition seit langem mit Erfolg f r Kosten Nutzenanalysen verwendet weil dort sehr viele Daten in einem kleinen Gebiet erhoben werden 8 25 Der Ingenieur will n erster Linie wissen wo kritische Felsk rper liegen und wie er solche sichert Als Hilfsmittel zur Beantwortung dieser Fragen ist der Globalsicherheitsfaktor nach wie vor bestens geeignet v a in Kombination mit einer Sensitivit tsanalyse 8 4 Sensitivit tsanalyse Die Unw gbarkeiten in Bezug auf die Parameter und die Tatsache dass sich kein Sicherheits faktor in Natura beobachten l sst haben einige Ingenieure zur Einsicht gef hrt dass der Si cherheitsfaktor weniger eine absolute als vielmehr eine relative Bedeutung haben sollte 8 27 Hierbei w rde er als Index oder Ordnungsmass dienen um die Auswirkungen unter schiedlicher Annahmen abzubilden Der Sinn von Stabilitatsunter
236. en den tatsachlichen dynamischen Verhaltnis sen keineswegs gerecht wird hat es sich in der Praxis weltweit bewahrt 6 14 Eine 1969 vom Erdbebenkomitee der ICOLD durchgef hrte Umfrage ergab dass die bestehenden Stau mauern seit den 40er Jahren fast ausnahmslos nach dem pseudostatischen Ersatzlastverfahren unter Ber cksichtigung einer Horizontalbeschleunigung bemessen wurden COLD empfiehlt denn auch bei Staumauern mit grossem Gef hrdungspotential zuerst dieses einfache Verfah ren anzuwenden bevor vertiefende Untersuchungen mit Hilfe dynamischer Methoden ange ordnet werden Seine wichtigsten Annahmen lauten wie folgt e Ersatzlast Die Erdbebenbelastung E am starren K rper wird als zeitunabh ngige statische Ersatzlast formuliert die sich einerseits aus der Horizontalbeschleunigung andererseits aus der oszillierenden Vertikalkraft als Folge der Untergrundbewegung ergibt 6 21 E m a V y a g a Ersatzbeschleunigung als Prozentsatz von g z B a 0 1g e Richtung Die Ersatzlast soll n der ung nstigsten Richtung wirken 6 22 Diese Forde rung wird verschieden umgesetzt Die einen variieren nur die Richtung der horizontalen Komponente und lassen die vertikale beiseite die andern ber cksichtigen beide 6 24 6 25 e Betrag In den 1930er Jahren setzte man bei der Bemessung der 220 m hohen Hoover Bo genmauer US eine Ersatzbeschleunigung von 0 1 g nach WESTERGAARD an 6 18 6 26 In der Folge wurde der gleiche Wert weltweit
237. en nicht eintreten e Ausnahmefall Betrifft neben den st ndigen jene ver nderlichen und ausserordentlichen Einwirkungen die am Tragwerk selten und kurzzeitig angreifen k nnen Geringf gige Sch den sind zul ssig solange die Nutzung nicht beeintr chtigt wird 94 6 Einwirkungen Tab 6 3 Gebr uchliche Lastf lle f r Staumauern w hrend der Nutzung in Anlehnung an die Vorgaben in der Schweiz 6 6 6 36 6 57 Beim Nachweisbeben handelt es sich um ein MCE Lastfall Normalfall Ausnahmefall Extremfall Sga loer See yol Bemessungs Eis Lawine Sicherheits Erdbeben Erdbeben Hochwasser Hochwasser See leer See voll Eigenlast D 5 Auflast 0 Erddruck U Anker D bel Auflast Wasserdruck Zwangungen Eisdruck 3 Einwirkungen o Be 2 ge Cc 10 De gt Anprall Hochwasser Erdbeben Ausseror dentliche Bemerkungen 1 Auftrieb und Wasserdruck vom Unterwasser nicht bei Bogenmauern werden stets angesetzt Insbesondere Temperaturgef lle nderung bei Bogenmauern Bei Gewichtsmauern beachten falls vorhanden e Extremfall Betrifft neben den st ndigen und ver nderlichen die ung nstigsten ausseror dentlichen Einwirkungen d e am Tragwerk angreifen k nnen S e s nd hypothetisch und durch die physikalischen Grenzen bestimmt Bedeutendere Sch den sind zul ssig solange kein Versagen des Tragwerks eintritt In Tabelle 6 3 sind gebr uchliche Lastfalle aus der Literatur zusamme
238. en schaffen Genaue Kenntnisse ber die ungleichm ssige Verteilung des Kluftwasserdrucks spielen hierbei weniger eine Rolle da die Momentenbedingungen bei der Untersuchung potentieller Gleitk rper entfallen nur die Resultierende st von Belang Die Methode zur Stabilitatsuntersuchung sollte deshalb erlauben deren Betrag und Richtung ein fach zu ndern um die Auswirkungen zu pr fen 6 28 6 4 Weitere Einwirkungen Erddruck Die vom Boden den Sedimenten oder dem Sch ttgut horizontal auf das Tragwerk ausge bten Kr fte sind im Allgemeinen als Ruhedruck zu ber cksichtigen 6 6 Der Erddruck kann sich mit der Zeit ver ndern und wirkt nicht zwingend als stabilisierende Kraft ein passiver Erd druck darf deshalb nicht angesetzt werden Anker Diibel Bei der Sanierung oder Erh hung von Sperrenk rpern sowie zur lokalen Verst rkung der Felsfundamente kommen h ufig Anker oder D bel zur Anwendung z B bei Staumauern Ge zouba Itaipu Karakaya 6 7 Diese die Kontaktfl che potentieller Bruchk rper durch dringenden Bauteile erh hen den Widerstand Aktive Elemente z B vorgespannte Anker ben bereits vor einer m glichen Bewegung Kr fte auf den Felsk rper aus passive z B schlaffe Anker Scherd bel Pf hle erst bei einer Bewegung Die Festigkeit der Bauteile so wie jene des Felsens begrenzen den Widerstand wobei der kleinere von beiden Grenzwerten gilt Vorgespannte Anker wirken statisch nur dann als Einzelkr fte wen
239. en und N herungen werden daraus experimentelle oder theoretische Modelle zur quantitativen Untersuchung der Stabilitatsfrage Vergleiche mit anderen Versuchs und Rechen ergebnissen Fallstudien die Auswertung von Expertenmeinungen oder Literaturrecherchen m gen Hinweise auf die Qualit t von Modellen liefern 8 4 Wie gut sie in der Tat die Verh lt nisse in der Natur beschreiben lasst sich quan titativ aber nicht objektiv erfassen 8 5 Mo dellfehler k nnen zwar durch Korrekturfakto ren ausgeglichen werden die wahre Lage der Bruchbedingung in Abbildung 8 1 bleibt jedoch unklar Das Sicherheitskonzept fur Stauanlagen beschrankt sich denn auch nicht auf die Anord nung von Sicherheitszuschlagen sondern sucht das Restrisiko durch weitere Massnahmen unter Kontrolle zu halten s ehe Kapitel 2 5 Bruchbedingung erf llt yo gt 1 bzw y gt 0 Bruchbedingung verletzt yo lt 1 bzw y lt 0 A am Oo Cc Si p D Abb 8 1 8 2 Deterministische Sicherheitsdefinition Auswirkung E Wertebereiche von Sicherheits definitionen Der Abstand eines Punktes E R von der Bruchbe dingung yg 1 y4 0 gibt an inwieweit er das Bemessungs kriterium erf llt yg lt 1 bzw y4 lt 0 bedeutet nicht zwingend Ver sagen weil die Lage der tat sachlichen Bruchbedingung un bekannt bleibt Fur jeden Parameter wird genau ein Kennwert angesetzt um mit der jeweiligen Sicherheitsde finiti
240. en werden Im zweiten Teil der Arbeit wird das neue Computerprogramm AutoBlock zur Untersuchung der Stabilit t potentieller Bruchk rper vorgestellt Das auf einem Starrk rpermodell basieren de Hilfsmittel bef higt den Ingenieur in einem digitalen Gel ndemodell kritische Felsberei che zu erkennen und seine Untersuchungen auf solche zu konzentrieren Gleichzeitig lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Annahmen bei der schwierigen parametrischen Er fassung des Felsgef ges und deren Umsetzung in ein Bruchk rpermodell absch tzen Das Gel ndemodell wird aus einer Gel ndeoberfl che erzeugt wobei die Daten z B einer digitali sierten topografischen Karte entstammen zus tzlich lassen sich Bauwerksk rper oder daf r notwendige Aushubkubaturen einf hren Zur Bestimmung potentieller Bruchk rper wird das Gel ndemodell mit beliebigen Trennfl chen geschnitten deren Geometrie und Festigkeitsei genschaften pro Schar vorg ngig definiert wurden Nach Vorgabe der Lastgr ssen wird so dann die Sicherheit gegen Abgleiten f r jeden Bruchk rper nach der Grenzgleichgewichtsme thode berechnet AutoBlock setzt auf das in Ingenieurb ros weit verbreitete Programm Auto CAD auf um von dessen vielf ltigen M glichkeiten Gebrauch zu machen Zeichnungsinfra struktur 3D Visualisierung etc Eine eigens implementierte Benutzerf hrung mit Menus und Dialogboxen erlaubt die intuitive Verwendung von AutoBlock Sie stellt alle notwendigen D
241. enbauwerke dienen zum Beispiel der Um Zu und Ableitung von Wasser der Anordnung von Ausr stungen der Inspektion des Untergrun des oder als Zugang zu untert gigen Bauwerken Ihr Bau erlaubt wertvolle Einsichten in die Untergrundverh ltnisse die sonst nur punktuell durch Bohrungen sondiert werden k nnen 2 5 Sicherheitskonzept Stauanlagen sind Bauwerke mit einem hohen Schadenspotential im Falle eines Versagens 2 17 Ihre Sicherheit gegen ber drohendem Schaden Gefahr muss deshalb sehr hoch das P Risiko definiert als Produkt von Schadensaus mass und Eintretenswahrscheinlichkeit gering sein Das Risiko l sst sich durch geeignete Mass nahmen auf ein bestimmtes Mass reduzieren und unter Kontrolle halten 2 34 Das verbleibende Restrisiko aus dem akzeptierten allfallig falsch beurteilten und nicht erkannten Risiko ist zu V akzeptieren Abb 2 9 2 35 Seine Eintretens wahrscheinlichkeit bzw sein Schadensausmass 0 4 werden nach klaren Bewertungskriterien als so Al A gering eingestuft dass man es unter Ber cksich wi Versagen P Restrisiko Abb 2 9 tigung aller Umst nde als annehmbar betrachtet Eine absolute Sicherheit kann nicht erreicht werden 2 34 Die Eintretenswahrscheinlichkeit w und die Die Einflussgr ssen des Risi kos R mit Eintretenswahr scheinlichkeit w und bezoge nem Schadensausmass A A max Es kann mit geeigneten Mass nahmen bis auf ein Restrisi
242. end lehrt uns die im Schrifttum dargelegte Erfahrung dass die Bildung instabi ler Felsk rper von einer Vielzahl charakteristischer Parameter beeinflusst wird In Anbetracht der enormen Auswirkungen ist ihre Zusammenstellung und Gliederung samt Ableitung von Gesetzm ssigkeiten erstrebenswert Es liegt nahe dass damit auch eine Voraussage m glich w re wo unter welchen Umst nden bestimmte Mechan smen entstehen k nnten und welche Gegenmassnahmen am erfolgversprechendsten w ren Zur Beurteilung der Stabilit t eines Felsfundamentes m ssen vorhandene instabile Felsk rper einwandfrei identifiziert und mit speziellen Untersuchungsmethoden berpr ft werden 4 24 Diese bauen auf dem Modell des Untergrundes auf Kap 2 6 und erlauben eine weitergehen de gedankliche Durchdringung der Fragestellung Die w hrend den experimentellen oder the oretischen Betrachtungen gewonnenen Einsichten erlauben kritische Punkte zu erkennen und anstehende Entscheide auf plausible Argumente abzust tzen Die Vielfalt der Untersuchungs methoden stellen indes selbst erfahrene Fachleute vor eine schwierige Wahl Einige berge ordnete berlegungen sind deshalb vonn ten 4 4 Stabilit tsuntersuchung 4 4 1 Modellanforderungen Jeder Versuch die Stabilit t der Felsfundamente von Staumauern quantitativ zu erfassen be ginnt mit dem Aufstellen eines Modells Es soll das statische System die Einwirkungen und das Materialverhalten angeben Sind die Annahmen pro
243. ennflachen entlang einer Linie oder innerhalb eines Gebiets Damit k nnte der Be nutzer bei Bedarf auch komplexere Bruchk rperformen resp mechanismen gezielter un tersuchen wie z B die F lle in Abb 5 12 c oder f oder in Abb 5 2 Loading Conditions Beliebige Linien und Fl chenkr fte ein mit dem Abstand zur freien Wasseroberfl che linear zunehmender Wasserdruck sowie r umliche Potentialfelder die mit Hilfe von Drittprogrammen bestimmt wurden sollten die Auswahl vorhandener Last gr ssen erg nzen Damit w rde man dem Benutzer wichtige Eingabem sglichkeiten er schliessen Strength Richtungsabhangige Festigkeitsparameter sollten im Algorithmus ber cksichtigt werden k nnen Damit w re es dem Benutzer ein Einfaches diesen Einfluss z B bei einer Welligkeit in seine berlegungen miteinzubeziehen Computation Der Algor thmus zur Iteration der erforderlichen Zusatzkraft sollte imple mentiert werden Der Betrag dieser Zusatzkraft w rde sich unter Vorgabe der angestrebten Sicherheit sowie der Richtung der Zusatzkraft ermitteln lassen wobei die Bewegungsart und richtung ndern m gen Visualisierung F r Pr sentationen w ren erweiterte M glichkeiten so z B das Explo dieren oder die Translation von potentiellen Bruchk rpern in Bildsequenzen hilfreich 158 11 Felsfundation Staumauer Albigna Die m Bergell gelegene Staumauer Albigna staut unterhalb des gleichnamigen Gletschers einen See von
244. enommen 7 3 Die bertragbarkeit des Scherverhaltens wie es sich im Versuch darstellt auf die Verh ltnis se in situ unterliegt gewissen Einschr nkungen Abb 7 1 Gerade die Wahl und Bearbeitung der Versuchsk rper sowie die Versuchstechnik k nnen einen erheblichen Einfluss auf die Er gebnisse und ihre Auslegung haben 7 4 Um dies zu verdeutlichen erl utern wir zun chst 100 7 Festigkeit einige Aspekte zu den Proben Danach wenden wir uns den g ngigen Apparaturen zu dem tri Eabowercoch axialen und dem direk Feldversuch ten Scherger t Wenn die fur gewohnlich nur wenigen Versuche von Potentielle Gleitflache ca 20 300 m praktischem Nutzen de Abb 7 1 Die Probengr sse bei Labor und Feldversuchen im Ver wollen so sollten sie die gleich zur potentiellen Gleitflache 7 4 Das Scherverhalten Gegebenheiten so reali der Versuche mag Gemeinsamkeiten aufweisen es wird je t tsnah wie m glich ab doch mit Sicherheit von jenem abweichen das ein Experi bilden Abweichungen ment an der gesamten Gleitfl che ergeben w rde Die Gr n ss TE de hierf r m ssen verstanden werden m ssen minimal gehal ten ihre Auswirkungen auf die Scherfestigkeit verstanden werden In jedem Fall ist zu pr fen ob und inwieweit der Versuchsmassstab dem Verhalten in der Natur hinreichend entspricht Die jeweilige Probengr sse bzw das Volumen des Versuchsk rpers sind bei der Wahl der Versuchsart und bei der Interpretat
245. ensatz zu fr heren Konstruktionen ohne jegliche hydraulische Verbindung zwischen Sonde und Fl ssigkeit auskommt 11 8 1987 erstellte man in einem bestehenden Gleitmikrometer Messquerschnitt Block 14 f nf Bohrungen mit einer Gesamt l nge von 260 m und r stete sie mit 39 Messabschnitten aus Abb 11 7 11 2 Fortan war jede Ablesung am Piezodex von einer solchen am Gleitmikrometer begleitet Die Ergebnisse wurden in mehreren Arbeiten festgehalten 11 5 11 6 11 9 11 10 11 11 Nach Abschluss 164 11 Staumauer Albigna des Projektes beschloss man N die vorhandene Instrumentie ex e fe A rung weiterhin zu nutzen l ee x o Das beobachtete Verhalten 5 e2 as A O S der Talsperre entspricht den _ _ 4 Erwartungen und gibt zu 2050 a keinerlei Bedenken Anlass a ne ie Die erhobenen Daten lassen cal 5 sich auf verschiedene Arten T darstellen In Abbildung 11 5 sind f r drei Messstellen die Sla ENa ee hydraulischen Potentiale ee io b Z u y gemeinsam mit der w Ze ve jeweiligen Seespiegelh he in Funktion der Zeit aufge 2170 e zeichnet Die Potentiale wurden dabei unter Verwen Ey i dung der H henlage der je e Poe oigo We bjo weiligen Messmarke aus a a dem abgelesenen Druck um RS a c gerechnet Je nach Lage der 1987 1991 1995 Messstelle ist die Beziehung zwischen der zeitlichen Va Abb 11 5 Seestand und gemessene hydraulische P
246. ent National Academy Press Washington D C ICOLD 1984 1988 World register of dams Full Edition 1984 Updating 1988 Paris LEMPERIERE F 1997 The impact of construction methods and design criteria on the cost and safety of dams Hydropower amp Dams Issue Two EDMZ 1998 Verordnung tiber die Sicherheit der Stauanlagen Stand am 30 Dezember 2003 No 721 102 d Bern BIEDERMANN R 1996 Talsperren die der Oberaufsicht des Bundes unterstellt sind Wasser Ener gie Luft 88 10 Baden BIEDERMANN R 1986 Stauanlagen und Erdbeben Die Aufgaben der berwachungsorgane des Bundes Wasser Energie Luft 78 10 Baden SCHNITTER N M RGELI H P 1994 Staumauern und Staud mme Brosch re SNGT VSE INFEL Z rich TERZAGHI K 1962 Dam foundation on sheeted granite G otechnique 12 EWERT F K 1985 Rock grouting with emphasis on dam sites Springer Berlin ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris BOSCH K 1962 Injektionen im Fels Schw Bauzeitung 80 1 Z rich MANE P M 1974 Design and construction of gravity dams In ICOLD Lessons from Dam Inci dents Paris MARTIN D O 1974 Understanding and treatment of dam foundations In ICOLD Lessons from Dam Incidents Paris ICOLD 1995 Dam failures statistical analysis Bulletin 99 Paris KOVARI K 2001 Analyse und Handhabung von Risiken im Tunnelbau am Beispiel Zimmerberg tunnel In sia D 016
247. enten Erdbeben Bei einem gef llten Staubecken kommt zur Tr gheit des Tragwerks noch diejenige des Was sers hinzu Dabei ist jene Stossrichtung ung nstig bei der sich die Tr gheitskr fte addieren vom Unter zum Oberwasser Fur die Interaktion zwischen Stausee und Sperrenk rper wird gemeinhin eine hydrodynamische Druckverteilung nach Westergaard angesetzt die nach e ner Parabel h herer Ordnung verl uft 6 12 Der entsprechende Wasserdruck greift auch an der eingestauten Berandungsflache des Gr ndungsk rpers sowie in Trennfl chen mit direkter hydraulischer Verbindung zum Stausee an Weiter rechnet man mit einem Aufreissen der Gr ndungsfuge und nimmt einen linearen Abfall des Sohlwasserdrucks von der Wasser zur Luftseite an 6 48 Im Felsfundament st durch die zyklische Einwirkung der Aufbau eines Wasser berdrucks m glich der Trennflachen aufreissen Sickerwege ver ndern F llungen aufweichen oder innere Erosion verursachen kann 6 9 So wurde in Japan beobachtet dass der Auftrieb und die Sickerwassermenge nach Erdbeben oft ansteigen um langsam wieder auf die urspr nglichen Werte zur ckzukehren Trotzdem setzt man im Gr ndungsk rper bl cherweise keine zus tzlichen aus Erdbeben resultierenden Poren und Kluftwasserdr cke an 6 36 Denkbare Neubildungen von akt ven Kl ften werden gleichermassen ignoriert weil wegen des raschen Wechsels der Belastung kein massgebliches Eindringen von Wasser n solche Trennfl c
248. entiellen Bruchk rper j Versagenswahrscheinlichkeit Ergiebigkeit pro Fl cheneinheit Wassermenge Radius Risiko Vektor der Resultierenden aller am potentiellen Bruchk rper j angreifenden Einwirkungen Undrainierte Scherfestigkeit Scherkraft S ulenf rmiges Solid i Maximal m glicher Scherwiderstand Vektor der Str mungskraft Vektor der Scherkraft entgegengesetzt Gleitrichtung in der Gleitfl che k eines potentiellen Bruch k rper j Wasserdruck Verschiebung Hydrostatischer Porenwasserdruck Wasserdruck auf eine Teilfl che k der Bruchk rperoberfl che Wasserdruck im Schwerpunkt einer ebenen Fl che Oberwasserseitiger Sohlwasserdruck Unterwasserseitiger Sohlwasserdruck Sohlwasserdruck an der Stelle x Porenwasser ber unterdruck Scherverschiebung Vektor der Wasserkraft auf eine Teilfl che k der Bruchk rperoberfl che Filter oder Fliessgeschwindigkeit Geschwindigkeit VB VT Av y T y J Vproj Va W W X Xk Xm Xmax Xmin Xref Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole 237 Filtergeschwindigkeit eines Bodens Filtergeschwindigkeit einer Trennfl chenschar Dilatanz Volumen eines K rpers wie z B des potentiellen Bruch Kluft oder Sperrenk rpers Volumen des potentiellen Bruchk rpers mit abgestufter Kontaktfl che Volumen des potentiellen Bruchk rpers j Volumen des potentiellen Bruchk rpers mit projizierter Kontaktfl che Differenzvolumen der Bruchk rper mit abgest
249. er Erdkruste zusammen Vom mehrheitlich n einer Tiefe von bis zu 80 km gelegenen Hypo zentrum gehen elastische Wellen aus die nach ihrer Ausbreitungsart in Raum und Oberfla chenwellen unterteilt werden Seismographen registrieren die ausgestrahlte Energie Die Erd bebenstarke wird anhand der Magnitude M auf der logarithmisch aufgebauten Richterskala herausgelesen Die Zerst rungskraft der Wellen vor Ort wird durch den Grad der Intensit t bestimmt und anhand einer Skala beurteilt wie z B der zw lfteiligen European Macroseis mic Scale In der n heren Umgebung eines Epizentrums ist sie im Allgemeinen maximal und nimmt mit wachsender Entfernung ab wobei der Anzahl starker St sse sowie der Ersch tte rungsdauer grosse Bedeutung zukommt Die Intensit t zweier Beben gleicher Magnituden kann je nach Topographie und lokaler Beschaffenheit des Untergrundes stark voneinander abweichen Mit Mikrozonierungen versucht man Bereiche verst rkter Untergrundbewegung zu erkennen Tabelle 6 2 gibt n herungsweise den empirischen Zusammenhang zwischen der Magnitude und weiteren physikalischen Gr ssen wieder 6 9 6 10 6 11 Eine Vorhersage ber die Gr sse den Ort und den voraussichtlichen Zeitpunkt des Eintref fens eines Erdbebens ist auch in n herer Zukunft kaum m glich Schutzmassnahmen k nnen deshalb nur beschr nkt vor einem Ereignis getroffen werden z B keine Evakuationen Die prim re w hrend dem Erdbeben sofort auftretende direkte Wirkun
250. er Abfluss geregelt wird Die verbreitetsten Arten von Stauanlagen s nd die Tal und Flusssperren Abb 2 1 Die einen schliessen ein Tal ber seine gesamte Breite ab und speichern den Zufluss ber l ngere Zeitr ume die andern stellen eine niedrige Sonderform mit seitlichen Stauhaltungsd mmen dar 2 3 Daneben z hlen auch Geschiebesperren Hochwasserr ckhalte Pumpspeicher und Sedimentationsbecken sowie Stauteiche zu den Stauanlagen Demgegen ber werden Schwimmbecken Reservoire aus armiertem Beton oder Schwellen zur Stabilisierung von Wildbachgerinnen nicht als Stauanlagen betrachtet 2 4 Eine Zusammenstellung wichtiger Begriffe findet s ch n 2 5 Sie werden als bekannt vorausgesetzt und nicht n her behandelt 2 3 Sperrstelle Eine Sperrstelle ist der Standort eines Sperrenbauwerks in einem Tal Abb 2 2 Ihre Lage h ngt von der wasserwirtschaftlichen Zielsetzung und von der Morphologie des Tales ab Ausschlaggebend sind in der Regel die Topographie und der Untergrund im Aufstands und Widerlagerbereich Die Erfahrung lehrt dass sich je nach Talform Breite Verh ltnis Tal breite Sperrenh he Symmetrie ein bestimmter Sperrentyp empfiehlt der bergang aber fliessend ist 2 6 Weitere Kriterien sind z B die Anordnung der Nebenanlagen die Wasser haltung im Bauzustand die Gef hrdung durch ausserordentliche Einwirkungen die Verf g barkeit von Baumaterialien die lokalen Arbeitsverh ltnisse und die Wirtschaftlichkeit
251. er Einfluss der Ebenheit fehlt 7 2 Bruchkriter um 105 7 2 Bruchkriterium Um die Scherfestigkeit zu beschreiben ist ein Bruchkriterium notwendig Es definiert die Spannungszust nde bei welchen Bruch bzw Fliessen eintritt Mit seiner Hilfe k nnen die Er gebnisse der experimentellen Untersuchungen ausgewertet dargestellt und eingeordnet wer den Das Bruchkriterium soll m glichst einfach sein und die Beziehungen der Hauptspannun gen untereinander im Bruch bzw Fliesszustand wiedergeben Die Parameter zur Umschrei bung des Bruchzustandes m ssen gut experimentell bestimmbar sein Nur so k nnen sie die Grundlage f r die Untersuchung des vorliegenden Stabilitatsproblems bilden 7 24 7 2 1 Lineares Bruchkriterium Im isotropem Gestein lassen sich die m Triaxialversuch 1m Bruchzustand gemessenen Span nungen im t o Diagramm in Form eines MOHR schen Spannungskreises darstellen Abb 7 6 a 7 25 Die Abschnitte auf der Abszisse entsprechen den maximal zul ssigen Hauptspan nungen Die Einh llende der aus verschiedenen Einzelversuchen an gleichen Proben erhalte nen Spannungskreise stellt das Bruchkriterium dar S e l sst sich durch eine COULOMB sche Gerade ann hern deren Verlauf von den in den Felsb schungen und gr ndungen auftreten den Spannungszust nden abh ngt tr bezeichnet die im Bruchzustand resultierende Schub spannung in der Ebene mit Fallwinkel oy die entsprechende Normalspannung Die Koh si on cc und der
252. er Gel n deform und dem Fl chengef ge abh ngt 3 53 Er l sst sich 1m Sinne einer groben N herung talflankenseitig seeseitig und unter der Gr ndungsfl che mit der einfachen luftseitig mit ca der doppelten H he des geplanten Bauwerks begrenzen Am Anfang einer Untersuchung steht der berblick ber die anstehenden Verh ltnisse Hier zu sind Betrachtungen zu den nachfolgend erw hnten Stichworten hilfreich Das dar n zum Ausdruck kommende Vorgehen vom Grossen zum Kleinen soll der Gefahr entgegenwirken relevante Informationen zu bersehen Aufz hlung nicht abschliessend e Ausgangslage Lage Weitere Umgebung Projektgebiet n here Umgebung Staubecken Nebenanlagen inkl Zug nge Auslauf der Entlastungsorgane Vorfluter Sperrstelle Zustand Urspr nglicher Zustand Bauzustand Betriebszustand e Sperrstelle Topographie Gel ndeform Bedeckung Einsehbarkeit der Felsoberfl che Anzahl Auf schl sse Lage Verteilung Gr sse Zug nglichkeit vgl Abb 12 6 Untergrund Lockergestein Verwitterung Ausdehnung Machtigkeit Festgestein Gef ge Komponenten Lage der gesunden Felsoberfl che R ckblick Entstehungsgeschichte derzeitiger Zustand bisheriges Verhalten e Bauwerk Sperrenk rper Mauerart form Gr ndungsfl che Form Bautechnische Massnahmen Unterirdische Hohlr ume R ckblick Entstehungsgeschichte derzeitiger Zustand bisheriges Verhalten Aus Gr nden der bersichtlichkeit emp
253. er Kontaktfl che V apges kann durch einen projizierten Bruchk rper V proj ersetzt werden dessen Volumen um V4 reduziert wird Dies erlaubt die Untersuchung kompliziertester Abstufungen auf einfache Weise In Kapitel 3 1 3 wurden Aspekte f r eine umfassende Beschreibung von Trennfl chen aufgez hlt Sie alle pr gen mehr oder minder die Form eines Bruchk rpers wes halb ihre jeweilige Wirkung genauer ana lysiert werden muss Folgende Hinweise m gen daher gen gen e Lage Die Position der zu ber cksichti senden Trennfl che st stark mit der Gel ndeform verkn pft So sind je nach Ort mehr Trennfl chen zur Ausbildung eines Bruchk rpers erforderlich Abb 5 7 e Form In der Regel reicht es aus von ebenen Trennflachen auszugehen da in Abgestufter Bruchkorper V abgest Projizierte Fl che A Projizierte Fl che A V V JAV abgest Abb 5 14 Vereinfachung einer abgestuften Kon taktfl che durch eine projizierte De tails siehe Text 5 23 Die Abweichung der mittleren Kontaktfl che von der wirklichen hat bei der kinetischen Untersuchung auch andere Bewegungsrichtungen und Reaktionen zur Folge Von ihrer Anwendung ist deshalb abzusehen V steigt an mit zunehmender Feinheit der Abstufung sofern Kontaktfl che konvex vgl Abb 5 10 d Viele schmale und niedrige Stufen bedingen ein grosses V4 wenige breite und hohe Stufen ein kleines V4 Mit unterschiedlichen V
254. erformungsverhalten ber Kom patibilit tsbetrachtungen zu ber cksichtigen ist 4 52 e Das Materialverhalten von Fels ist nur in groben Z gen erfassbar Die angestrebte Voraussage ber die Bildung von instabilen Felsk rpern entpuppt sich als an spruchsvolle Aufgabe S e l sst es ratsam erscheinen nach Bew hrtem Ausschau zu halten In Fachkreisen bekannt ist die Einsch tzung der Stabilit t von Felsb schungen Hierzu existie ren bersichtliche Modelle und ein reicher in der Literatur greifbarer Erfahrungsschatz 4 4 2 Felsb schungen Auf den ersten Blick sind bei Felsb schungen und Felsfundationen deutliche Unterschiede hinsichtlich der Ausdehnung und dem Gef hrdungsgrad zu verzeichnen 4 53 Einschnitte fur Verkehrstr ger sind im Allgemeinen nur bis zu mehreren Dutzend Metern hoch ansonsten ein Tunnel die weit rationellere L sung darstellen w rde Einzelne Staumauern erreichen wohl H hen bis zu 300 m doch h ngt hier der Grad der Gef hrdung vom Fassungsverm gen der Staubecken ab Da auch der Tagebaubetrieb in immer gr sserem Massstab erfolgt k nnen die daf r erforderlichen B schungen bis zu mehreren Hundert Meter hoch sein Der Gef hr dungsgrad solch k nstlicher B schungen h ngt gleichwohl von ganz anderen Faktoren ab Auch nat rliche Felsb schungen k nnen von berragender Bedeutung sein gerade wenn sie Im bert gigen Bergbau wird die Instabilit t von Felsb schungen in Kauf genommen Mit verschieden
255. ern Bei der einen handelt es sich meist um keil oder tetraederf rmige Felsk rper mit h chstens zwei ebe nen Gleitfl chen bei der andern um solche mit polygonalen Gleit und inneren Bruchfl chen Bei den analytischen Methoden f r monolithische Bruchk rper unterscheidet man folgende e WITTKE 1964 1965 9 37 9 38 9 39 untersucht die Translation und Rotation eines Tet raeders mit 2 freien Oberfl chen und maximal 2 Gleitflachen c unter Eigenlast Erdbe ben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast e LONDE 1965 LONDE VIGIER amp VORMERINGER 1969 9 40 9 41 untersuchen die Trans lation und Rotation untergeordnet eines Tetraeders mit 1 freien Oberfl che und maximal 2 Gleitfl chen nur unter Eigenlast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fun damentlast Mit Hilfe der Vektorrechnung werden Beziehungen hergeleitet und in der Form von Diagrammen graphisch ausgewertet Sie gestatten f r einen potentiellen Bruch k rper und verschiedene Kombinationen von Kluftwasserdr cken die massgebende Versa gensart zu ermitteln sowie den Einfluss von g zu untersuchen Ein Sicherheitsfaktor wird nicht ermittelt Gilt heute weltweit als Standardmethode f r Felsfundationen von Staumau In soil mechanics an approximate method of rigid plastic stability analysis called the limit equilibrium method has a long history and tradition going back over 200 years to COULOMB s theory of wedge failure for retained earth For u
256. ern ssung Vegetations nderung Vereisung etc aufzunehmen Wichtig sind auch Informationen ber den Bergwasserspiegel Lage Gef lle Fluktuation etc die Wasserleiter und stauer Lage Form Aufbau etc die Geometrie der Hohlr ume und die Str mungsge schwindigkeit an der Sperrstelle Matrix Die prim re Porosit t betr gt bei Tiefengesteinen und meta morphen Gesteinen meist weni ger als 5 bei Erguss und Se dimentgesteinen ca 5 40 3 23 Nahe der Felsoberfl che nimmt sie wegen der Auflocke Abb 3 13 Schematische Darstellung der Entwicklung wasser rung zu S ttigung erfolgt nur f hrender ffnungen im Fels 3 45 wenn gen gend Wasser ber Wasser bewest sich in Richtung des geringsten Erosionswiderstandes auf dem Weg des kleinsten Druckverlustes Auf grund des parallel zur Trennfl chenebene geringeren Erosionswiderstandes entwickeln sich in dieser Richtung bevorzugt Wasserwege mit unterschiedlichem meist flach elliptischen Querschnitt Sie erweitern sich mit wachsendem Durchfluss progressiv mit der Zeit bis ein fl chiger Wasserweg entsteht Mit zunehmender berlagerung nimmt die Zahl und ff nungsweite der Kan le ab und der Querschnitt wird kreisf rmiger 3 45 Man misst die Wasseraufnahme je Minute und Meter Bohrlochl nge bei unterschiedlichen Druckstufen eines lokal abge dichteten Bohrlochabschnitts Die auf den Druck am Bohrlochkopf bezogene Wasseraufnahme wird in Lugeon ausge dr ckt Der
257. erspannung auf einen stabilen Restbetrag oder bleibt konstant Welcher Fall ein o a b A 1 4 A Co T gt I 4 eB H chstfestigkeit O O C C gt Pi 3 0 en Restfestigkeit Q Q 2 2 D D lt gt io O O 0 0 D Oa O3 Op Os p A gt Scherverschiebung Au Normalspannung o Abb 7 3 Charakteristische Resultate von direkten Scherversuchen an Trennfl chenproben mit jeweils kon stanter Normalspannung Oz Ob 0 in Funktion der a Scherverschiebung und b jeweiligen Normalspannung 7 11 7 1 Versuche 103 SAG a Gestein q b A IR A T fr j Unebene rauhe Trennflache Lf D 3 Gestein Unebene rauhe Ebene glatte Sg Trennfl che a Trennflache de __ Ebene glatte 2 e lt Trennflache 2 O O ep ep ee Gef llte Trennflache __ b o Be Scherverschiebung Au Normalspannung o Abb 7 4 Typische Scherkurven f r unterschiedliche Proben in Funktion der a Scherverschiebung f r o konstant und b Normalspannung 7 4 7 12 tritt h ngt von der Gesteinsart den Trennfl cheneigenschaften der Vorgeschichte und der Normalspannung ab Abb 7 4 Bei konstanter Normalspannung zeigen unebene ungef llte oder rauhe Trennfl chen nach Erreichen des H chstwertes ein rasches Absinken bei weiterer Scherverschiebung Abb 7 4 a Der Bruch tritt ohne Warnung auf und manifestiert sich durch unerwartete starke Verformung Fr here Be
258. erspiegels zirkulierendes Wasser Die Porosit t gr ndet auf dem Porenvolumen wobei man eine prim re Matrix und eine sekund re Trennfl chen unterscheidet Die Durchl ssigkeit ist ein ortsabh ngiges Mass f r den Widerstand dem das durch die Hohlr ume str mende Wasser ausgesetzt ist Wegen des hohen Widerstands in den Gesteinsporen ist vor allem die sekund re Durchl ssigkeit von Be deutung die sich aus zusammenh ngenden Trennfl chen oder L sungshohlr umen ergibt 3 21 Entgegen der g ngigen Vorstellung erfolgt dabei die Migration des Wassers weniger fl chig wie in einem Spalt mit wohl definierter ffnung 3 30 3 44 Viel h ufiger werden lineare Wasserwege in nur lokal ge ffneten Trennfl chen oder l ngs der Schnittlinien zweier Trennfl chen beobachtet Abb 3 13 Der LUGEON Versuch dient zur Bestimmung der Durchl ssigkeitsbeiwerte von Fels Ihre Richtungsabh ngiskeit Wasserwegigkeit versucht man durch eine vorg ngige Beschreibung der hydrogeologischen Verh ltnisse sowie den Ein satz von Tracern zu erfassen 3 46 So erlaubt z B die Kenntnis des Trennfl chenabstandes eine Absch tzung dar ber ob die von einer Versuchsstrecke eingepresste Wassermenge von einem einzigen Wasserweg aufgenommen wurde oder von vielen Im ersten Fall ist die Trennfl che st rker ge ffnet im zweiten sind die ffnungsweiten kleiner Bei der Beschreibung des Untergrundes sind die Wasseraustritte Lage Form Sch ttung Tr bung V
259. ersten Strassen abschnitten 2a sowie dem Bereich zwischen erster und dritter Wendeplatte 2b Das restli che Gebiet geh rt zu Teil 3 Die n Abbildung 12 5 skizzierten Querprofile zeigen den Gel ndeverlauf Der mittlere B schungswinkel betr gt im Teil 2a rund 45 im Teil 2b deutlich mehr Die lokalen topographi schen und geologischen Verh ltnisse legten eine feinere Unterteilung entlang der Strasse na he Die Teile 1 und 2a gliederte man in je vier den Teil 2b in drei 40 bis 100 m breite Ab schnitte Alle elf Abschnitte wurden 1997 1999 detailliert untersucht Die Arbeiten im Teil 3 beendete man Mitte 2000 Zwei Jahre sp ter wurde die Umgebung des vierten Tunnels Teil 1 nach einem unerwartet grossen Aushub genauer berpr ft Felswandoberkante ne 50 100m 2 Vierte 7 Wendeplatte Vierter Tunnel Zweite Wende platte mit Tunnel Pac gt See St Antoni hoe _ XF 2 a ei i a s Felswand Dritte Wendeplatte p oberkante mit Tunnel a N Erste Wende k platte mit Tunnel Abb 12 4 Dreiteilung des Untersuchungsgebietes Die Teile 1 und 2 wurden vom Autor der Teil 3 von ei nem Ingenieurb ro untersucht 178 12 Bristenstrasse OK Felswand y m Teil 1 Unterschneidung Teil 2b Hohe Felsboschung 120 OK Felswand 5 100 OK Strasse y Ss Teil 2a Zwischengelande OK Strasse Fels OK Strasse Abb 12 5 Drei typische Querprofile wie sie in den Tei
260. erteilen In Schichtfl chen sowie Kl fte der Scharen 1 und 2 Da die flach gegen Nordos ten einfallenden Schichtfl chen keine f r das Tragwerk potentiell kr tischen Bruchk rper ab grenzen und der Fallwinkel der Schnittlinie mit K2 nur 21 betr gt reduzieren sich alle weite 204 13 Br cke Pianello N W 2 a XAXA En n N Abb 13 12 Ansicht der linken Talflanke mitsamt den Kontaktfl chen berechneter Bruchk rper Der Stand punkt Blickwinkel und Bildausschnitt entsprechen in etwa jenen in Abbildung 13 7 Die sichtba re Mantelfl che des DTM s ist braun der Rescio blau die Kluftschar 2 rot eingef rbt a Die keilf rmigen Kontaktfl chen erinnern stark an Abbildung 13 8 b Der markante Einschnitt unterhalb des Br ckenauflagers l sst sich mit einer leicht angepass ten Raumstellung der Kluftscharen 1 und 2 nachbilden Der Einschnitt am rechten Bildrand weist auf eine lokal grosse Erstreckung einzelner Trennfl chen hin ren Betrachtungen auf die beiden Kluftscharen Dies wurde durch eine berpr fung aller denkbaren Trennfl chen und Halbraumkombinationen anhand der Einheitskugel und m digi talen Gel ndemodell best tigt Kontrollberechnungen im Bereich der einsehbaren Felsoberfla che zeigen denn auch eine gute bereinstimmung mit der Realit t Abb 13 12 Keilf rmige Kontaktfl chen von effektiven Bruchk rpern im Modell k nnen gut solchen vor Ort zugeord net werden Die Felsoberfl che in Abbildun
261. es Bruchmechanismus anhand dessen eine Voraussage ber die in der Gleitfl che f r das Gleichgewicht notwendigen Schubspannungen erfolgt Dieser Wert wird mit dem Scherwiderstand verglichen Kennt man den massgebenden Bruchmechanismus nicht so muss die Geometrie des gew hlten Pr fbruchk rpers zur Auffindung der kleinsten Sicherheit variiert werden Hierbei wird nur der Bruchzustand eines Bruchk rpers betrachtet m Fels auftretende Spannungen Verformungen oder ein progressives Versagen werden bei dieser statischen Methode n cht behandelt F r d e Untersuchung der Stabilit t ebener Bruchk rper kennen Lehre und Praxis mehrere Berechnungsverfahren Zu erw hnen sind beispielsweise die Methoden von FELLENIUS 1927 JANBU 1954 BISHOP 1955 MORGENSTERN amp PRICE 1965 SPENCER 1967 Ko VARI amp FRITZ 1976 SARMA 1979 GUSSMANN 1982 Kinematische Element Methode oder GIAM 1989 Generalized Wedge Methode 9 33 9 34 9 35 9 36 Sie erlauben die mathematische Untersuchung vielerlei Bruchk rper seien diese nun monolithisch oder zu sammengesetzt mit ebenen polygonalen oder gekr mmten Kontaktfl chen Abb 5 2 5 16 Alle d ese Verfahren haben s ch n der Boden und Felsmechanik unter Beachtung der verfah rensspezifischen Einschr nkungen bew hrt Die n der Literatur aufgef hrten Verfahren f r r umliche Bruchk rper geh ren entweder zur Gruppe mit monolithischen oder zur Gruppe mit zusammengesetzten Bruchk rp
262. ete Komponente von F Senkrecht zur Mauerachse gerichtete Komponente von F Sicherheitsfaktor Vektor der Erdbeschleunigung Vektor des Eigengewichts des Bruchk rpers Vektor des wirksamen Eigengewichts des Bruchk rpers unter Auftrieb 236 how hig h Wo h Wu Ah m SEs SPS ssn r AAs Schreibweise Vorzeichenkonvention Abk rzungen und Symbole Oberwasserseitige Wasserh he Unterwasserseitige Wasserh he Wasserh he ber Kluftk rperoberseite Wasserh he ber Kluftk rperunterseite H henunterschied H he wie z B die Sperrenk rper Kluftk rper oder Probenh he Laufnummer f r Bezugs oder Mittelpunkt Trennfl che Solid oder Einzelkraft Winkel f r die Unebenheit einer Trennfl che Dilatanzwinkel hydraulischer Gradient bzw Potentialgef lle Laufnummer f r potentiellen Bruchk rper Laufnummer f r Teilfl che der Bruchk rperoberfl che absolute Rauhigkeit der Trennfl chen wandung Durchl ssigkeitsbeiwert der F llung Durchl ssigkeitsbeiwert der Trennfl che Potentieller Bruchk rper j Vektor der Einzelkraft 7 Bezugspunkt L nge wie z B die Kronen Kluftk rper oder Filterstreckenl nge Vektor der Last Masse Abminderungswert Steigung Vektor der Translation Einheitsvektor der Translation Mittelpunkt Magnitude Mittelpunkt i Normalkraft Normalenvektor Normalenvektor der Teilfl che k Normaleneinheitsvektor der Teilfl che k Vektor der Normalkraft in der Gleitfl che k eines pot
263. eutung kommen doch sol che gerade n gutem f r Sperrstellen besonders geeignetem Fels vor e Einwirkung Im Erdbebeningenieurwesen liegt das Hauptinteresse auf dem Verhalten von Staumauern unter hydrodynamischen Dr cken Die Felsfundation wurde weitgehend aus den berlegungen ausgeklammert Der in der Literatur greifbare Kenntnisstand ber erd bebeninduzierte Ph nomene im Bereich des Gr ndungsk rpers oder ber das Verhalten von Trennfl chen be einem Erdbeben ist bescheiden e Festigkeit Im Mittelpunkt jeder Stabilit tsuntersuchung von Felsb schungen und funda menten steht die korrekte Einsch tzung der Scherfestigkeit potentieller Gleitfl chen Es fehlt jedoch ein allgemein anerkanntes Verfahren Obschon heute Methoden zur Erfas sung der Trennfl chenoberfl che existieren mangelt es an zuverl ssigen Kennwerten zur Erfassung von Ebenheit und Rauhigkeit Selbst im Massstab des Handst cks sind die Zu sammenh nge zwischen Oberfl chenform gr sse und beschaffenheit Gesteinsfestig keit Scherrichtung etc trotz intensiven Forschungsanstrengungen nur grob bekannt e AutoBlock Die im Kapitel 10 4 vorgeschlagene Weiterentwicklung ist erstrebenswert Damit w rde man dem Benutzer weitere Werkzeuge zur Verf gung stellen um noch ziel gerichteter und leistungsf higer Untersuchungen an potentiellen Bruchk rpern durchf h ren zu k nnen Alle verf gbaren Methoden zur Stabilit tsuntersuchung von Staumauerfundationen k nne
264. f the constitutive models adopted for joint be haviour and to improve the geometrical characterization of the rock to reduce risk of excluding a dominant failure mechanism 14 16 220 14 Staumauer Valle di Lei Abb 14 10 Digitales Gel ndemodell der linken Talflanke mit Gr ndungsfl che gr n a Mauerblock mit Mauerende b Gesamter Sperrenk rper alles Volumenmodelle 14 3 3 Bauwerksk rper Die Modellierung des Bauwerksk rpers begann mit dem Aufbau einer Hilfskonstruktion Abb 14 9 So wurden die in Aushubpl nen greifbare Geometrie der Gr ndungsfl che mit geraden Linienst cken der Verlauf von Mauerkrone und gekr mmtem Profil mit Kreisb gen nachgebildet Drahtmodell Die Eckpunkte der quadratischen Gittermaschen n der Gr n dungsfl che entsprachen jenen der Aufstandsfl che pro Mauerblock Im Anschluss daran spannte man sowohl auf der luft als auch auf der wasserseitigen Maueroberfl che ein Netz aus 3DFaces auf Fl chenmodell Nach Umwand lung n je e n Volumenmodell folgte die Subtraktion beider So lids mit Bool schen Operatoren Kap 10 1 2 Der auf diese Weise modellierte Sperrenk rper wurde in die einzelnen Mauerbl cke zer schnitten und ins digitale Gel n demodell eingef hrt Abbildung 14 10 zeigt die linke Talflanke mit einer Teil und einer Gesamtan sicht des Sperrenk rpers Eine Ge gen berstellung von Modell und Realit t findet sich n Abbildung 14 11 Abb 14 11 a Mo
265. fenden Kr fte ber Schalentragwirkung d h n schr gen Druck b gen ber die Grindungsflache in den Fels F ein Abb 6 7 Dies setzt voraus dass die Blockfugen injiziert und ausreichend ber dr ckt sind Vor dem Fugenschluss werden EDD E a I a alle an den Einzelbl cken angreifenden Be SR Bas 6 601 Kr fte vertikal in den Felsuntergrund gelei tet Die Nachgiebigkeit des Felsfundamentes ergibt sich aus seinem Aufbau offene oder gef llte Trennfl chen weiche Zwischenschichten etc und dem zugeh rigen Spannungs Dehnungs verhalten Die Verformungen des Untergrundes ussern s ch vielf ltig So zum Beispiel n Setzungen der Gr ndungsfl che Verschiebungen der gesamten Mauer n Tall ngsrichtung oder im zyklischen ffnen und Schliessen von Trennfl chen was mit einer Ver nderung der S ckerstr mung einhergeht In manchen F llen bewirken sie gar ein Aufreissen der Kontakt fuge am seeseitigen Mauerfuss z B K lnbrein oder Bruchvorg nge m Mauer oder m Fels fundament z B In den Schlagen Zeuzier Selbstredend hat die Nachgiebigkeit des gekl fte ten Felsens Ruckwirkungen auf die Fundamentlasten insbesondere bei Bogenmauern Die statische Untersuchung dieser r umlichen Tragwerke erfolgte fr her vor allem mit dem sog Lastaufteilungsverfahren bei dem man die Schale durch einen Tr gerrost aus elastisch einge spannten waagrechten B gen und vertikalen Konsolen substituiert 6 48 Da beide Tragele
266. fiehlt sich eine r umliche Unterteilung des Untersu chungsgebiets n Teilgebiete oder Bereiche mit den Sektoren Seeseite Gr ndungsfl che und Luftseite Diese lassen sich wiederum in Abschnitte Abb 3 15 zerlegen wobei die Grenz ziehung nach usserer Form und innerer Gliederung erfolgt F r die Sperrstelle nach den Kri 44 3 Beschreibung Abb 3 15 Gliederung des Untersuchungsgebietes in Teilgebiete T bis T4 und Abschnitte A bis A7 samt den Sektoren Seeseite S Gr ndungsfl che G Luftseite L In dieser schematischen Dar stellung wird aus Platzgr nden nicht unterschieden wo Locker resp Festgestein vorliegt ter en Gel ndeform Gestein und Trennfl chen f r ein bereits vorhandenes Bauwerk nach der Mauerform der Gr ndungsfl che sowie den Bautechnischen Massnahmen Pro Kriterium werden Bereiche mit vergleichbaren Eigenschaften z T Homogenbereiche ausgeschieden und berlagert 3 25 Die Geometrie der Begrenzungsfl chen wird festgehalten damit die Annahmen bez glich Lage und Verteilung der Bereiche nachvollziehbar sind 3 52 Danach erfasst man z B mit Stereo Luftbildaufnahmen die morphologische Form der Gel n deoberfl che und kartiert die Geologie pro Teilgebiet Gestein Trennfl chen Wasser Spuren instabiler Felsk rper etc Dies erfolgt im Wissen dass eine pr zise Beschreibung der Gege benheiten den Ausgangspunkt f r alle sp teren Idealisierungen bi
267. ftkomponenten im 3D Raum geh ren definitiv der Vergangenheit an Dem Fachmann bleibt nun mehr Zeit das Datenmaterial zu studieren und Verkn pfungen zwi schen ausgesuchten Kenngr ssen auszuloten Mit anderen Worten Die Entlastung von zeit raubenden T tigkeiten im Vorfeld einer Untersuchung kommt einer umfassenden Analyse zu Gute Damit erf llt das Programm seinen eigentlichen Zweck Dem Ingenieur n der Praxis den Zugang zu einem tieferen Verst ndnis der vorliegenden Fragestellung zu erm glichen als dies bisher der Fall war Im Laufe der Arbeit konnten einige Fragestellungen identifiziert werden die in der Fachlite ratur nur unzureichend oder gar nicht abgehandelt sind So zum Beispiel e Tragwerk Die weltweiten Befragungen der ICOLD k nnen eine fehlende streng systematische Erfassung s cherheitsrelevanter Vorf lle m Talsperrenbau nicht ersetzen Die bekannten Beispiele Zeuzier und Albigna lehren dass selbst nach Jahren ohne besondere Vorkommnisse pl tzlich f r die Stabilit t des Tragwerks potentiell kritische S tuationen ohne Vorwarnung auftreten k nnen Es w re darum zu pr fen ob l nger zu r ckliegende Stabilita tsprobleme von Felsfundamenten nicht von erfahrenen Spezialisten nach einheitlichen Kriterien neu untersucht und zuhanden der Fachwelt dargestellt werden sollten e Kinematik Gekr mmte Kontaktfl chen sind n der Natur nur selten zu beobachten Im Fall der Schalenrisse haben sie jedoch eine massgebende Bed
268. funden werden konnte e Versagensmechanismen Die wichtigsten Mechanismen sind Abbl ttern und Kippen ent lang der Schieferung Der bisherigen Erfahrung entsprechend fehlen Hinweise auf denkba re instabile Lockergesteinspakete e Risiko Die Gefahr eines Niederst rzens identifizierter Felsk rper ist insgesamt erheblich e Berechnungen Die rechnerischen Stabilit tsuntersuchungen haben vor allem die Notwen digkeit von Drainagebohrungen vom Isench li und von der Strasse aus best tigt 12 5 Sicherungskonzept Das Sicherungskonzept tr gt der bekannten der Aufgabe innewohnenden Schwierigkeit Rechnung ausreichend genaue Aussagen ber die tats chliche Struktur einer nat rlichen Felsb schung zu formulieren Eine mit dem notwendigen Sachverstand und Sorgfalt vorge nommene Untersuchung kann zwar mit zunehmendem Aufwand vorhandene Unw gbarkeiten reduzieren niemals aber das Restrisiko eliminieren Diese Problematik f hrt zum Schluss dass bei der vorliegenden Aufgabe grunds tzlich gut abgest tzte n hrer Wirkung breit grei fende Massnahmen anzustreben s nd S e erhalten entweder die Stabilit t sturzgef hrdeter Felsk rper oder minimieren die Auswirkungen einer Bewegung Ein grober berblick ber deren Wirksamkeit 12 9 zeigt dass sich das gew nschte Mass an Sicherheit nur mit einer Kombination von aktiven und passiven Massnahmen erreichen l sst Erstere setzen beim Felsk rper an indem man ihn sichert resp entfernt oder spe
269. fung hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur L sung des anstehenden Problems Die Vor und Nachteile der theoretischen Starrk rper und Deformationsmethode werden ebenso aufgezeigt wie diejenigen der physikalischen Modelle 6 1 Einleitung Problemstellung Problemanalyse Grundlagen Kap 2 Kinematik Kap 5 x lt E Beschreibung Kap 3 Einwirkungen Kap 6 pr Tragwerk Kap 4 Festigkeit Kap 7 D Problembeurteilung Sicherheitsdefinition Kap 8 Untersuchungsmethode Kap 9 2 E 2 T 2 AutoBlock Kap 10 Q 2 Q a Q 2 LL Felsfundation Felsb schung Felsfundation Felsfundation Staumauer Albigna Bristenstrasse Br cke Pianello Staumauer Valle di Lei Kap 11 Kap 12 Kap 13 Kap 14 Abb 1 3 bersicht ber den Aufbau der Arbeit Das neue Hilfsmittel zur Untersuchung der Stabilit t potentieller Bruchk rper ist Gegenstand von Kapitel 10 Dieses moderne auf einem Starrk rpermodell basierende Werkzeug bef higt den Ingenieur in einem digitalen Gel ndemodell kritische Felsbereiche zu erkennen und seine Untersuchungen auf solche zu konzentrieren Gleichzeitig lassen sich die Auswirkungen unterschiedlicher Annahmen bei der parametrischen Erfassung des Felsgef ges und deren Umsetzung in ein Bruchk rpermodell absch tzen AutoBlock stellt zudem die Mittel zur Verf gung gleitgef hrdete Felsk rper zu visualisieren und den Umfang sowie die Wirkungs weise verschiedenster konstruktiver Mas
270. g Zum Vergleich Bei der geologischen Aufnahme hat man nur einzelne Schieferungsfl chen mit einer Erstreckung von 50 m sowie einer Welligkeit mit leichten nderungen in der Streich und Fallrichtung 10 beobachtet 14 3 Die Erstreckung von K betr gt selten ber 50 m diejenige von K4 maximal 20 m 14 4 2 Bruchmechanismen Die Form der kinematisch m glichen potentiellen Bruchk rper legt nahe dass eine Translat on entlang von S resp K4 im Vordergrund steht Ob es sich hierbei um ein Gleiten auf zwei Ebenen oder auf einer Ebene handelt w rd von der Gesamtresultierenden bestimmt Abbil dung 14 13 illustriert f r den Bruchk rper den Fall eines Abgleitens auf zwei Ebenen Der gr ne Vektor stellt die angreifende Gesamtresultierende dar der rosa Vektor die zugeh rige Bewegungsrichtung des gew hlten potentiellen Bruchk rpers Weitere Vektoren in den Far ben der Gleitfl chen repr sentieren die Reaktionen in der Gleitflache in einer Normal und einer Scherkraftkomponente Verschwinden die in gelb gehaltenen Komponenten bei Ka so gleitet der Felsk rper einzig auf S ab Angesichts der Ausdehnung der Schieferungsflachen ist je nach Auftrieb auch ein Abheben nicht auszuschliessen und muss daher untersucht werden 14 4 3 Berechnungen Die Empfindlichkeit des Sicherheitsfaktors auf die Variation wichtiger Parameter wie die Scherfestigkeit die Fundamentkr fte und den Wasserdruck soll f r folgende Lastf lle fest gestellt we
271. g 13 12 liefert ausserdem Hinweise auf weitere eingetretene Instabilit ten die w hrend der Begehung vorerst nicht erkannt wurden Die beiden Kluftscharen lassen s ch auf verschiedene Arten miteinander kombinieren e Mittelwerte Eine erste Verschneidung der Kluftscharen 1 307 78 und 2 173 77 an hand der Mittelwerte ergibt eine steilstehende Schnittlinie 239 60 Ihre Lage wurde im Bereich der Aufstandsfl che variiert um kinematisch m gliche potentiell kritische Bruch k rper zu bestimmen Abb 13 13 a Es stellte sich heraus dass die Schnittlinie die leicht nach hinten versetzte Aufstandsfl che nur ganz eingeschr nkt durchstossen kann ansons ten wegen der Profilkurvatur der Felsoberfl che kein unterer Durchstosspunkt mehr m g lich st Auf eine statische Untersuchung dieser Bruchk rperform wird deshalb verzichtet e Gemessene Werte Durch systematische Verkn pfung aller Messwerte ergab sich bei Ver schneidung der beiden Kl fte 1 305 74 und 2 178 66 eine flachste Schnittlinie von 235 51 Die Neigung der Schnittlinie ist insofern von Belang als eine Bruchk rperbil dung bei steilen Schnittlinien nicht m glich ist da sie die Felsoberfl che nicht durchst sst Die Kontaktfl che des zugeh rigen potentiellen Bruchk rpers A mit dem gr ssten Volu men ist in Abbildung 13 13 b dargestellt 13 4 Bruchk rperanalyse 205 e Extremwerte Nach beliebiger Kombination aller gemessenen Fallrichtungen b
272. g umfasst einerseits Ver schiebungen infolge von Bruchvorg ngen m Felsuntergrund andererseits Ersch tterungen welche das Tragwerk zu Schwingungen anregen Die leicht verz gerte Reakt on des Unter grundes und des Stausees stellt eine indirekte Wirkung dar Die sekund re Wirkung tritt deut lich nach dem Hauptereignis auf weil sie auf eine Primarwirkung ausserhalb der Sperrstelle zur ckgeht z B Welle infolge Felssturz ins Staubecken Durch die rasch wechselnde Belas tung entstehen 1m Tragwerk Tr gheitskr fte die entgegengesetzt zur Stossrichtung wirken Ihre Maximalwerte werden oft in horizontaler Richtung gemessen doch bertrafen bei eini gen Beben die Betr ge der vertikalen Komponenten jene der horizontalen 6 12 6 13 Staumauern weisen ein hohes Mass an Sicherheit gegen Erdbebeneinwirkungen auf Noch nie ist eine Staumauer infolge Erdbebens gebrochen Nur an einigen wenigen Mauern sind Scha den entstanden und dies trotz Magnituden ber 6 5 6 15 6 16 Im Sperrenk rper zeigten Gewichts und Pfeilermauern ein ffnen der Blockfugen sowie Risse im Kronenbereich w h rend Bogenmauern kaum feststellbare Sch den aufwiesen Im Gr ndungsk rper beobachtete man das Aufreissen von Trennfl chen ein Ansteigen von Wasserdruck und Sickerwasserver lusten tempor re Wasseraustritte und die Bildung von Bruchk rpern 1m Widerlagerbereich Stauseeinduzierte Aktivit ten mit M bis 6 5 sind v a bei ber 100 m hohen Talsperren auch in
273. gehensweise f r die Beurteilung von potentiellen Stabilit tsproblemen zu erarbeiten die ent sprechend allfalliger Warnzeichen aus Beobachtungen stufenweise angewandt werden soll Ebenso w re ein klares Konzept hilfreich wann bestimmte Messverfahren als diagnostische Hilfsmittel zum Einsatz kommen sollen und wie allf llige Resultate zu interpretieren w ren Der Schl ssel f r fundierte Untersuchungen zur Stabilit t der Felsfundamente von Staumau ern liegt damit weniger in der Fokussierung auf unabh ngige Einzelaspekte als vielmehr in einer breit angelegten Betrachtung aller wichtigen Zusammenh nge M ngel n der geologi schen Aufnahme in der Identifikation drohender Gefahren oder in grundlegenden berle gungen d e das Ganze m Auge haben k nnen selbst mit noch so eleganten Methoden oder enormen Rechenaufwand nicht beseitigt werden 15 2 F r das Gelingen der Aufgabe ist deshalb ein ganzheitliches ingenieurm ssiges Denken und Handeln unerl sslich das gele gentlich m hsamer als akribische Detailarbeit sein kann In Zukunft werden weltweit noch h here Staumauern auf noch anspruchsvolleren Felsfunda menten gebaut werden weil viele der geeigneteren Sperrstellen schon belegt sind 15 3 Die im Unterlauf angesiedelte sich vor allem in Entwicklungslandern stark vermehrende Bev lkerung wird mit steigendem Lebensstandard auf eine weitere Anhebung des Sicher heitsniveaus von Talsperren dr ngen ein Anliegen dem die politisch
274. gender Bedeutung ohne diesen Annahmen die n tige Beachtung zu schenken Bei eingehender Pr fung ihrer Arbeiten kann man sogar feststellen das ihr Versuch alte Probleme durch scheinbar strengere Methoden zu l sen den Fehler nur noch gr sser gemacht hat weil eine Reihe von wohl unsicheren aber zul ssigen Annahmen durch weniger fragliche jedoch weit ung nstigere Annahmen ersetzt wurden 4 44 4 4 Stabilit tsuntersuchung 57 Tab 4 3 Gegen berstellung der wichtigsten Merkmale instabiler Felsk rper 4 21 4 54 Felsb schungen Felsfundationen Form Abh ngig von Felsoberfl che und Form Abh ngig von Felsoberfl che und Trennfl chen Trennfl chen Gr sse Abh ngig von Felsoberfl che und Gr sse Abh ngig von Felsoberfl che Gr n Trennfl chen dungsfl che und Trennfl chen Mechanismus Gleiten in Richtung Talsohle Mechanismus Gleiten in Richtung Luftseite Kippen Ausnahmefall Kippen Ausnahmefall Einwirkungen Eigenlast standig Einwirkungen Eigenlast standig Auflast standig Auflast st ndig ver nderlich Anker standig Anker standig selten Wasserdruck veranderlich Fundamentlast veranderlich Erdbeben ausserordentlich Wasserdruck veranderlich Erdbeben ausserordentlich Eigenschaften Scherfestigkeit Eigenschaften Zug Druckfestigkeit Durchl ssigkeit Scherfestigkeit Durchl ssigkeit renk rper die gegenseitige Abh ngigkeit im Trag und V
275. glich ge ffneten Kl fte nahe der Synklinal und Antiklinal Achsen w hrend die Diagonalkl fte in den Faltenschenkeln eher geschlossen bleiben Die L ngskl f Trennfl chen die als Folge von Seespiegelschwankungen Bewegungen der Trennfl chenr nder zeigen 3 50 3 3 Vorgehen 43 te stellen meist sehr gut entwickelte hydraulische Wege dar weshalb nur wenig Wasser ent lang der Schichtfugen zirkuliert Metamorphe Gesteine zeigen in der Regel keine richtungs abh ngige Durchl ssigkeit der Trennfl chen Kl fte speichern oder transportieren in Einzelkl ften Kluftscharen und systemen je nach Beschaffenheit erhebliche Wassermengen Die Fliessgeschwindigkeit h ngt ab von der Geo metrie der Trennfl chen St rungen k nnen je nach Lage Ausbildung Art und Grad der F l lung Wasserbarrieren sein einen Wasserweg definieren oder eine Kombination von beidem darstellen 3 28 3 37 3 40 Beidseits von St rungen findet sich oft eine st rker zerkl ftete Zone h herer Durchl ssigkeit 3 3 Vorgehen Das Resultat einer Beschreibung besteht in einer geordneten Zusammenstellung aller gesi cherten Erkenntnisse ber die geotechnischen Eigenschaften des Untersuchungsgebietes Der Weg dazu f hrt ber einen interaktiven Prozess bei dem Fakten nach den bisher erl uterten Aspekten erhoben gepr ft beurteilt und bewertet werden 3 51 3 52 Die Beobachtungen erstrecken sich in einem Untergrundbereich der von der geplanten Stauh he von d
276. grund des Korn und Fl chengef ges sowie der Felsoberfl che wird eine bestimmte Bruchk rperform veranschlagt und n Bezug auf Lage und Gr sse so einge grenzt wie sie in der Natur auftreten k nnte Das Ziel der vertiefenden berlegungen ist die Bestimmung der Menge kinematisch zul ssiger potentieller Bruchk rper Kj e Einwirkung Alle konzentriert oder verteilt angreifenden Lastgr ssen wie Eigengewicht Erdbeben Wasser Anker usw werden am jeweiligen Bruchk rper K als Kr fte angesetzt Da die Momentenbedingungen entfallen spielt ihr Angriffspunkt Lage der Wirkungslinie keine Rolle Das Ziel der eingehenden Betrachtungen ist die Bestimmung der Resultieren den R aller an X angreifenden Einwirkungen e Festigkeit Richtung und Betrag der Resultierenden R bestimmen ob eine Bewegung von K berhaupt m glich ist Im Falle einer Gleitbewegung m ssen das Scherverhalten der Gleitfl chen mindestens grunds tzlich zutreffend angenommen und die entsprechenden Scherparameter pro Fl che ann hernd richtig quantifiziert werden Das Ziel der Untersu chungen ist die Bestimmung der Reaktionen Nj und Sj f r jede Gleitfl che k aller Kj Nach Kapitel 4 3 2 st Kippen nicht massgebend Die Beschr nkung auf Gleitmechanismen entspricht einem Verzicht auf Momentenbedingungen so dass der Angriffspunkt aller am potentiellen Bruchk rper angreifenden Kr fte unerheblich ist und keine Kippachsen angenommen werden m ssen 4 4 Stabilit tsunter
277. gung Probleme bereitet All diese Gr nde sprechen da f r dass Versuche eher an gutem als an schlechtem Fels durchgef hrt werden und damit das Schlussergebnis von zu optimistischen Scherparametern beeinflusst wird 7 3 Although some shear testing was done two to three decades ago at dam sites where problem foundations were recog nized by far the majority of dams have been designed without the benefit of laboratory or in situ shear tests and sliding failures have been very few In the past decade there has been more testing 7 5 t Die Lage und Raumstellung von Laborproben mit richtungsabh ngigen Merkmalen ist vorher zu notieren 7 4 7 1 Versuche 101 7 1 2 Triaxialversuch Im triaxialen Scherger t kann sowohl die Scherfestigkeit von Gestein oder F llung als auch jene von Trennfl chen ermittelt werden Im einen Fall stellt sich der Bruch in jener Ebene ein wo das Bruchkriterium erf llt st Im anderen weniger blichen Fall wird der Bohrkern von 5 20 cm Durchmesser so in die Zelle eingebaut dass Gleiten entlang der Trennfl che die wahrscheinlichste Bruchart wird 7 7 Da im Triaxialversuch der Scherbruch vorherrscht darf man auch von einem indirekten Scherversuch sprechen Zu Beginn des Versuchs werden zun chst der Axialdruck g und der Seitendruck o mit gleicher Intensit t bis zu einem vorge schriebenen Wert erh ht Abb 7 2 b 7 8 In dieser Belastungsphase ist der Pr fk rper nur einem hydro
278. h der unvoreingenommenen Beobachtung offenbart ist jedoch Voraussetzung f r das Verst ndnis der felsmechanisch hydraulischen Eigenschaften Nach der Abgrenzung des Tragwerks wer den im Kapitel 4 bekannte Versagensmechanismen zusammengestellt und ausgeleuchtet Am Beispiel der verwandten Felsb schungen wird sodann vor Augen gef hrt welche Gesichts punkte bei der quantitativen Untersuchung potentieller Bruchk rper von Bedeutung sind Im Abschnitt Problemanalyse zerlegt man die Aufgabenstellung in die drei Teilprobleme Ki nematik Einwirkungen und Festigkeit und setzt sich mit den wichtigsten Einflussfakto ren auseinander Im Zentrum der Betrachtungen stehen die kinematischen Voraussetzungen die von der Lage und Raumstellung der Trennfl chen dem Verlauf der Felsoberfl che und den Staumauerarten abh ngen Kap 5 Daran anschliessend findet sich eine Diskussion der am Bruchk rper angreifenden Lastgr ssen Kap 6 und Reaktionen Kap 7 wobei ein besonderes Gewicht auf den Kluftwasserdruck und den Scherwiderstand gelegt wird Dieser Teil der Arbeit soll im Speziellen zur Ausr umung und Offenlegung von Ungewissheiten sowie zur st rkeren Untermauerung sp terer Entscheidungen durch Tatsachen beitragen Im Abschnitt Problembeurteilung soll einleitend eine kurze bersicht ber die g ngigen Sicherheitsdefinitionen gegeben werden Kap 8 In Kapitel 9 unterzieht man die bisherigen Untersuchungsmethoden einer kritischen Pr
279. h die Kontaktfl che eines potentiellen Bruchk rpers beeinflussen die Druck verteilung insofern als die Drainage mit einem Abminderungswert m in Rechnung gestellt wird vgl hierzu Abschnitt Sohlwasserdruck Die Wirkung des Injektionsschirms ist im 90 6 Einwirkungen b c lt m lt ____ ee E Injektionsschirm X Drainage PEE ea SER e u A Uyw von A u _ Uuw Xw uw Uuw i i Uow Yw Pow Uow vi konvex 7 p ain klaffende Kontaktfuge U Uyw M Uow Uyw B X B Abb 6 5 Sohlwasserdruckverteilung a ohne wirksame Drainage b mit klaffender Kontaktfuge c mit wirksamer Drainage Abminderungswert m 0 25 0 75 je nach Land und Projektverfasser Bruchzustand wesentlich abgemindert wobei der Betrag der Reduktion vom Scherweg ab h ngt Vereinfachend darf man auch annehmen der Injektionsschirm sei wirkungslos e Sohlwasserdruck Dieser Wasserdruck wird durch das in der Gr ndungsfuge zirkulierende Bergwasser hervorgerufen Er greift am Tragwerk als innere bei separater Betrachtung des Sperren und Gr ndungsk rpers als ussere Kraft an und ist dem vollen hydrostatischen Druck gleichzusetzen Am Mauerfundament wirkt er nach oben der Schwerkraft entgegen am Felsfundament nach unten Die Druckverteilung kann entweder mit Hilfe eines raumli chen Potentialfeldes ko
280. h ein mechanismus angenommen werden beide tre ten m Laufe der Untersuchungen von selbst zu Tage Je nach Wahl der Parameter bleibt das System von Kluftk rpern von Anfang an stabil oder sucht sich schrittweise einen neuen Gleichgewichtszustand hierbei werden f r die Stabilit t massgebende Trennfl chen allm h lich s chtbar Der Benutzer erh lt Einblick in Bruchvorg nge und damit Grundlagen f r e n qualitatives Verst ndnis des Verformungsverhaltens einer Menge von Einzelbl cken In der Schweiz wurde nur die Bogenmauer St Maria mit einem r umlichen DEM untersucht 9 14 Andere Beispiele aus dem Ausland sind die Zylindermauer Cushman No 1 US so wie die Kuppelmauern Funcho PT Alqueva PT und Cambambe AO Bei Letzterer form ten 174 finite Elemente den Sperrenk rper 904 undurchl ssige Bl cke den Gr ndungsk rper hybrides Modell Abb 9 6 Bei steifen Bl cken versagte das Tragwerk bei 80 m Uberstau bei verformbaren Bl cken bei 130 m Uberstau Um die Rechenzeit zu verk rzen modellierte man die Unterstr mung der Mauer mit einem aquivalenten Kontinuum 9 31 134 9 Untersuchungsmethode 9 2 2 Grenzgleichgewichtsmethode Bis zur Einsatzreife der numerischen Untersuchungsmethoden wurde die Stabilitat von Fels b schungen und fundationen fast ausschliesslich mit den blichen Gleichgewichtsverfahren f r starre K rper nachgewiesen Die vom Belastungsvorgang unabh ngigen Verfahren basie ren alle auf der Annahme ein
281. h in Dreiecke unterteilt Die Umwandlung in ein Volumenmodell erfolgt durch eine spezielle Vertikalprojektion aller Fl chenr nder auf eine Horizontalebene Eingeschlossene Volumina werden dabei zu s ulenf r migen Solids die mit der Bool schen Operation UNION S U 5 Abb 10 3 zu einer einzigen Konstruktion S verwachsen Die Abgrenzung geschieht nach Vorgabe der Hohe der sp teren Aufstandsflache sowie der seitlichen Berandung Entweder entspricht diese der ver tikalen Projektion der Netzberandung auf eine Horizontalebene oder man definiert eine neue rechteck resp polygonalf rmige Durch Projektion der Berandung auf eine Horizontalebene ber dem h chsten Netzpunkt und Umwandlung des eingeschlossenen K rpers n ein Solid P entsteht unter Verwendung von INTERSECTION S NP das digitale Gel ndemodell D Es wird danach auf der gew nschten H he der Aufstandsfl che abgeschnitten Schnittpunkt 7 f Dreieckein Solid B im gleicher Ebene Endzustand Dreiecksnetz TIN aus 3DFaces Aufbau des DTM Umwandlung in Abgrenzung Einf hren 2 Import Fl chenmodell Volumenmodell Gelandemodell Bauwerkskorper Abb 10 9 Vorgehen bei der Konstruktion des digitalen Gel ndemodells mit einem Solid Modeler 150 10 AutoBlock Das Einf hren eines separat definierten Bauwerksk rpers B ist zul ssig wenn er aus einem einzigen innerhalb aber nicht oberhalb des Netzes liegenden Volumenmodells besteht P
282. handelt es sich um rund 3 000 Gewichts 500 Pfeiler und 1 000 Bogenmauern die zu 90 nach 1930 gebaut wurden 2 19 In der Schweiz dominieren die Staumauern aus Beton sowohl ante lm ssig als auch in Bezug auf hre Bedeutung Der Aufsicht des Bundes unterstanden 1996 138 Staumauern 53 Bogen 81 Gewichts 4 Pfeilermauern und 74 Staud mme 3 Stein 68 Erdd mme 25 Talsperren n der Schweiz s nd h her als 100 m davon 2 Staud mme 4 sogar h her als 200 m 86 davon dienen der Produktion elektrischer Energie die br gen v a der Wasser versorgung oder dem R ckhalt von Hochwasser Geschiebe oder Lawinen H chste Talsperre der Schweiz und weltweit h chste Gewichtsmauer ist die 1961 fertiggestellte Grand Dixence mit 285 m H he 2 20 2 21 2 22 Historisch gesehen wurden im letzten Jahrhundert sehr viele Sperrenbauwerke errichtet Zwi schen 1900 und 1960 hat man in den USA 1 650 in Westeuropa 1 200 Sperrenk rper ber 15 m H he gebaut Besonders der wirtschaftliche Aufschwung nach dem Zweiten Weltkrieg bewog viele Kraftwerksgesellschaften in Europa den Bau neuer Talsperren in den Hochalpen zu forcieren 2 14 Die rege Baut tigkeit in der Schweiz l sst sich daran ersehen dass von 1950 b s 1970 rund 80 Talsperren von ber 15 m H he gebaut wurden Dies entspricht etwa der H lfte aller heute bestehenden Stauanlagen dieser Kategorie in der Schweiz 2 23 2 4 2 Gr ndungsfl che Die Gr ndungsfl che ist die Schnittflac
283. hanischer Kennwerte Obschon die Spannungs Dehnungs Diagramme Abb 13 9 auf ein gutes Gestein schliessen lassen k nnen die Werte lokal wegen Verwitterung oder Mikrorissen deutlich niedriger sein Bei den Trennfl chen lassen sich Schichtfl chen Kluftscharen und Einzelst rungen unter scheiden Die St rungen sind weniger von Belang kommen s e doch nur ausserhalb der Fun damente in grosser Distanz vor Die Eigenschaften der brigen Trennfl chen wurden vor Ort erhoben und anhand der Bohrkerne resp von Photographien berpr ft Abbildung 13 10 il lustriert die Raumstellungen der Trennfl chen Der Abstand variiert zwischen 0 2 und 2 m Schichtfl chen resp 0 4 und 1 8 m Kluftscharen wobei die Angaben im Kontrast zu den erstaunlich tiefen RQD Werten stehen Der Grund liegt vermutlich im Bohrvorgang ein Ph nomen das in solch spr den Gesteinen wiederholt beobachtet wurde Die Erstreckung N N u Kluftschar 2 N Kluftschar2 I MSN 300 X ava I IR ee OP Ku NT EF INN Pig x Z x A J N AN VAX L X gt x l a Ps Pi gr A i ty x A N a i aon ie yee Kluftschar 3 ___ Br cke AT _ Br cke N nl Lon ee i N _ 7 11 ey bk g Wot E wo Ir E Bag Se Ae T Le ayr gt Kluftschar 1 u N wi x EN 7 X Ta Mmm X aA ae AT FOTOS Kluftschar 1 Schichtflachen __ gt nn 2 N OC NL MFeTTT S 120 240 X w 120 4 Ng PA N fe oa
284. he Commission on Large Dams ICOLD verify that a foundation failure is one of the predominant causes of the failure of concrete dams To find a good solution to this normally three dimensional problem is rather difficult for the following reason The properties of discontinuities the loading quantities acting on a poten tially unstable block and the shear strength along the sliding surfaces cannot be registered in an adequate manner To resolve this problem it is advisable to proceed as follows Firstly look for sufficient stability of the construction as a whole Secondly strive for permanent monitoring of all identified potentially unstable blocks The present project is limited to the safety of the construction On the one hand it aims to develop a methodology concerning the stability analysis of potentially unstable rock blocks based on today s knowledge On the other hand it also aims to convert that methodology into a new three dimensional CAD based program as a helpful aid in practice The new program AutoBlock enables engineers to systematically investigate the stability of rock masses in a digital terrain model It is an add on to the popular program AutoCAD which allows its possibilities to be exploited A specially implemented user interface with menus and dialog boxes permits the use of AutoBlock even without detailed knowledge of AutoCAD It provides all the tools necessary for representing and visualizing the results
285. he zwischen Untergrund und Sperrenk rper Abb 2 6 Sie wird auch als Kontakt oder Fundationsfl che resp als Kontakt Fundations oder Gr ndungsfuge bezeichnet TERZAGHI 2 24 spricht gar von einer Kontaktzone da vor dem Bau die genaue Lage der Fundationsfl che noch nicht feststehe und erst beim Aushub defini tiv festlegbar sei Die Auflage Sohl oder Aufstandsflache umschreibt die Gesamtheit der horizontalen oder geneigten nicht aber vertikalen bzw berh ngenden Teile der Gr ndungs fl che Nach ICOLD 2 18 ist eine Talsperre gross wenn ihre Konstruktionsh he gt 15 m betr gt oder wenn sie bei gt 10 m eine Kronenl nge gt 500 m ein Speichervolumen gt 1 Mio m eine HW Entlastungsleistung gt 2 000 m s eine spezielle Gr ndung oder eine un bliche Konstruktion aufweist Der Bund beaufsichtigt Stauanlagen mit mind 25 m Stauh he mit mehr als 15 m Stauh he und wenigstens 50 000 m Stauraum mit mehr als 10 m Stauh he und wenigstens 100 000 m Stauraum oder mit mehr als 500 000 m Stauraum Die Kantone beaufsichtigen die brigen Stauanlagen gem ss Stauanlagen Verordnung 2 20 siehe auch Kap 2 5 2 4 Bauwerk 15 Ihre Vorbereitung umfasst das Entfernen von Lockergestein verwitterter und ber h ngender Felspartien Durch einen scho nenden Aushub sucht man ausbruchsbe dingte Auflockerungen zu vermeiden Die Oberfl che wird mit Druckwasser ges u bert w hrend man das F llmaterial in Tre
286. heiten und Bedingungen innerhalb eines be stimmten Zeitraumes fur die nachzuweisen ist dass massgebende Grenzzustande nicht ber schritten werden W hrend der Nutzung unterscheidet man drei Bemessungssituationen bei spielhafte Zuordnung nicht abschliessend e Andauernde Bemessungssituation Eigen und Auflast Erddruck Anker Dubel etc e Vor bergehende Bemessungssituation Auflast z B Verkehrslasten Seespiegel auf minimaler Kote See leer oder auf Kote Stauziel Zw ngungen z B Temperaturwechsel E isdruck e Aussergew hnliche Bemessungssituation Anprall Seespiegel auf Kote Bemessungshochwasser oder Sicherheitshochwasser Erdbeben Daraus abgeleitete Kombinationen von Einwirkungen werden als Lastfall bezeichnet 6 1 Die Anordnung gleichzeitig auftretender Einwirkungen muss physikalisch vertr glich sein G nstig wirkende Einfl sse d rfen nur in Betracht gezogen werden wenn ihr Auftreten im betreffenden Lastfall stets gesichert st 6 6 Zudem gilt der Grundsatz dass ausserordentli che Einwirkungen zwar mit extremer Wirkung auftreten k nnen es aber sehr unwahrschein lich ist dass diese auch gleichzeitig auftreten werden 6 54 Nach der Eintretenswahrschein lichkeit und dem akezptierten Schadensausmass unterteilt man die Lastf lle wie folgt 6 4 e Normalfall Betrifft st ndige und ver nderliche Einwirkungen d e regelm ssig am Trag werk angreifen Sch den d rf
287. hen stattf nde 6 12 Es herrscht ein allgemeiner Konsens dar ber dass in der Geschichte der Staumauern die un zutreffende Einsch tzung der Wirkung des Wasserdrucks zu katastrophalen R ckschl gen ge f hrt hat siehe Kapitel 4 3 Dies vermag angesichts der komplexen hydraulischen Verhalt nisse m Felsfundament nicht zu berraschen Wenn noch heute wie das Beispiel Albigna zeigt siehe Kapitel 11 3 die Modellierung des aktuellen Zustandes nur in groben Z gen gelingt so muss ber die Verteilung des Wasserdrucks entlang der Kontaktfl chen von poten tiellen Bruchk rpern weitgehende Unklarheit herrschen Abhilfe kann einzig die Pr fung ei ner Bandbreite unterschiedlichster Vorstellungen ber die felshydraulischen Verh ltnisse bis Wenn das Wasser in bevorzugten Kan len fliesst k nnen selbst r umliche Drainagen nur dort wirksam werden wo eine Bohrung den Kanal kreuzt 6 28 Die Bohrungen sind damit eher eine Art Sicherheitsventile da der Wasserdruck erst dann gef hrlich wird wenn er auf gr ssere Fl chen wirkt 6 43 Ein Sohlwasserdruck wurde erstmals 1875 beim Entwurf der Gewichtsmauer Gileppe BE in Rechnung gestellt 1883 kam beim Bau der 25 m hohen Gewichtsmauer Alfeld FR die noch heute g ltige Annahme einer linearen Abnahme zur Anwendung HAWKSLEY setzte ein Jahr fr her eine hnliche Auftriebsverteilung an f r den Bau der 40 m hohen Vyrnwy Gewichtsmauer GB 6 49 92 6 Einwirkungen hin zu Extremf ll
288. herheitsphilosophie Lausanne WHITMAN R V 1984 Evaluating calculated risk in geotechnical engineering J Geotech Engrg ASCE 110 2 PECK R P 1980 Where has all the judgement gone The fifth Laurits Bjerrum memorial lecture Can Geotech J vol 17 BOUTELLIER R ORTEGA I 1998 Einst rze als Anst sse f r Innovationen Schw Ing und Arch SI A 3 4 Ziirich CLAR E 1964 Geological aspects of investigation In On the Practice of Foundation Rock Inves tigation in Austria Eds Clar Miiller Pacher Petzny amp Steinb ck Part A 8 Talsperrenkon gress vol 1 Edingburg TALOBRE J A 1967 La m canique des roches Deuxi me dition Dunod Paris TERZAGHI K 1929 Effect of minor geologic details on the safety of dams American Inst of Mining and Metallurgical Engineers Inc Proc of New York Meeting New York Literaturverzeichnis 241 3 Beschreibung 3 1 THIER H J EULITZ C M SCHEUERMANN S GEORGI E 1977 ABC Technik und Naturwissen schaft Harri Deutsch Frankfurt Main 3 2 SANDERS B 1948 50 Einf hrung in die Gef gekunde geologischer K rper Teil 1 1948 Teil 2 1950 Springer Wien 3 3 MURAWSKI H 1983 Geologisches W rterbuch 8 Auflage Enke Stuttgart 3 4 SIA 1998 Erfassen des Gebirges im Untertagbau Norm 199 SIA Z rich 3 5 RICHARDS L 1993 Case examples of rock mechanics principles used in rock engineering In Com prehensive Roc
289. hiedlicher Aufbau gegen berliegender Talseiten Grundrissdarstellungen von Wasserverteilern und sammlern Kamm Tallinien In diese Fallinien minimalster Stei gung m nden benachbarte Fallinien tangential ein 3 14 3 1 Form und Gef ge 29 oder markante Felsriegel deuten auf stark ausgepr gte Trennfl chen hin entlang derer ein Einschneiden durch Verwitterung und Ausr umen m glich war 3 17 Eine Asymmetrie kann aber auch auf eine alte Rutschung hinweisen Diese wenigen Beispiele belegen dass jeder Aufnahme des Fl chengef ges eine genaue Beobachtung der Gel ndeform auch in der Um gebung der Sperrstelle vorangehen muss Um den Zugang zur Gel ndeform zu erleichtern hilft eine gedankliche Fokussierung auf die auff lligsten Erhebungen Vertiefungen Ein und Ausbuchtungen Die Vielfalt der rtlichen Gegebenheiten lassen sich dabei holzschnittartig auf wenige Grundf lle zur ckf hren Abb 3 5 S mtliche in der Situation zusammengestellten F lle sind f r jede Talflanke einzeln so wie mit denjenigen im L ngenprofil kombinierbar Erh hte Aufmerksamkeit ist kleinr umi gen Erscheinungen wie Rundh ckern Abfluss und Erosionsrinnen lokalen Einschnitten Be grenzungsfl chen nicht mehr vorhandener Felsk rper u zu schenken Sie geben wertvolle Hinweise auf die Entstehungsgeschichte Um den Standort all dieser Indizien eindeutig fest zuhalten empfiehlt sich die Einf hrung eines geeigneten Bezugsystems sowie
290. hl ssigkeit eines Einzelexemplars in der Regel klein Lassen Anzahl Abstand und Erstreckung die Bildung eines Netzwerkes zu so ist von einer erhebli chen Wasserwegigkeit auszugehen Das geh uftere Auftreten von Kl ften in unmittelbarer Umgebung der St rungen kann lokal zu einer h heren Durchl ssigkeit parallel zu letzteren f hren Die Scherfestigkeit der aktiven Kl fte ist generell gross ebenso ihre Durchl ssigkeit 11 5 3 Teilmodelle Die relevanten Merkmale pro Teilmodell wurden tabellar sch und graphisch festgehalten der Gesamteindruck ausformuliert Tab 11 1 Abb 11 15 Zur Unterscheidung hat man die Ge steinsarten mit eingekreisten Zahlen die Trennfl chenarten mit S gnaturen gekennzeichnet die s ch an jene der Beschreibung anlehnen Tiefgestellte griechische Buchstaben erlauben die 172 11 Staumauer Albigna Identifikation gleicher Trennfl chenarten in verschiedenen Teilmodellen Welche Vorstellung dem Entwurf zugrunde lag illustriert folgendes Beispiel des Teilmodells f Das Korngef ge wird vom hellen grobk rnig porphyrischen massigen Granodiorit be stimmt in dem zwei dunkle feink rnige Einschaltungen bei der Seilbahnstation sowie am see seitigen Mauerfuss vorkommen Das Fl chengef ge gliedert sich in 7 A B C Hauptst run gen 28 St rungen und wenige Kl fte aller vier Systeme sowie beide aktiven Kluftarten Der Fels d rfte infolge der erheblichen Durchtrennung je eine richtungsabh ngige deutlich
291. ht sichtbar gegen eine Ebene hin ffnet Die neue Br cke bildet die Verl ngerung des oben links sichtbaren Strassenst cks 198 13 Br cke Pianello 13 1 Ausgangslage Das inmitten einer unber hrten Landschaft auf einem H gel erbaute Muro Lucano wird vom nahen Capodigiano durch ein vom Fluss Rescio eingetieftes Tal getrennt Abb 13 2 Zur berwindung dieses nat rlichen Hindernisses erstellten bereits die R mer eine erste Bogen br cke Sie wurde m letzten Jahrhundert durch eine zweite h her gelegene erg nzt Das feingliedrige mittlerweile sanierungsbedirftige Bauwerk vermag indes dem heutigen Ver kehrsaufkommen auf der regional wichtigen Provinzstrasse nicht mehr zu gen gen Rechte Linke Talflanke Talflanke 125 00 m 8 N Abb 13 2 Aufbau und Abmessungen der neuen 9 5 m breiten Br cke Steigung 2 Die Konstruktion besteht aus einem Stahlfachwerk mit obenliegender Betonplatte Ansicht von Ebene aus 13 2 Q 9 A Die vorliegende Sachlage gab Anstoss zur Planung eines neuen Br ckenschlags am h chsten Punkt des V f rmigen Tals Abb 13 3 Aus Gr nden des Landschaftschutzes und der nahen Lage bei Muro Lucano bevorzugte man eine elegante Br cke die in der Form eines schmalen voutenf rmigen Tr gers gleichsam aus dem Fels herauswachsen soll Mit der konstruktiven Gestaltung wurden Prof DELLA SALA Potenza und Prof MELE Rom Sapienza beauftragt Die hohen sthetischen Anfor
292. hte Talflanke Abb 13 1 6 ist zweigeteilt In einen flache ren Bereich knapp vor der beste henden St tzmauer B schungs winkel 20 sowie eine steile Boschung 74 Entlang der Strasse ist die Felsoberfl che un ter Schutt Lockergestein und Ve getation verborgen Weiter unten sind Anzeichen von alten Sackun gen erkennbar Linke Talflanke Seite Capodigiano Rechte Talflanke Seite Muro Lucano Abb 13 6 Ansicht der neuen Br cke ber dem Einschnitt des Rescio Das mit AutoBlock konstruierte Modell basiert auf digitalisierten H henlinien 13 3 Gesicherte Erkenntnisse 201 Die linke Talflanke Abb 13 6 7 bildet einen Prallhang des Rescio dessen B schungswinkel unten rund 74 oben 50 betr gt Auffallend ist ein langgezogener Einschnitt am s dlichen Rand des Sporns Mit Ausnahme des obersten von Lockergestein bedeckten Bereichs und von bewachsenen Stellen kann man die Felsoberfl che berall einsehen Anzeichen von Was seraustrittsstellen oder B chen wurden m gesamten Untersuchungsgebiet nicht wahrgenom men F r das Querprofil in Br ckenachse sei auf Abbildung 13 3 verwiesen 13 3 2 Felsuntergrund Die Eigenschaften des Korn und Fl chengef ges wurden anl sslich mehrerer Begehungen anhand von Feldaufnahmen Sondierbohrungen 13 3 Laborversuchen und diversen Diskus sionen mit den verantwortlichen Geologen und Ingenieuren bestimmt Beim Gestein handelt es sich um einen geschichteten
293. ialversuches mit kontinuierlichen Bruchzustanden 7 7 lassen sich die Grenzen der H chst und Restfestigkeit f r einen weiten Wertebereich des Seiten drucks mit einem einzigen Pr fk rper ermitteln Daneben k nnen zum Vergleich auch Gross versuche n situ von Nutzen sein Solche wurden vereinzelt durchgef hrt wie in Kurobe JP Probek rper 1 4 m x 2 8 mx 3 3 m oder in Punt dal Gall CH 7 4 Setzt man beim Triaxi alversuch keinen Seitendruck an so handelt es sich um einen einaxialen Druckversuch Die einachsialen Druckfestigkeiten geben trotz ihrer Streuung recht n tzliche Hinweise auf die Heterogenit t der Gr ndungsfl che oder die Anisotropie des Korngef ges 7 1 7 1 3 Direkter Scherversuch Der Versuch wird vor allem zur Ermittlung der Scherfestigkeit von Trennflachen teils mit F llung sowie der Gr ndungsfuge benutzt F r Gestein ist er weniger geeignet 7 10 Im Labor baut man den Probek rper von 150 2400 cm Fl che so in den Scherkasten ein dass beide Trennflachenwandungen in je einer Scherkastenh lfte liegen Anschliessend wird die Normalspannung c aufgebracht und die Schubspannung t horizontal resp parallel zur Trenn fl che eingeleitet In der Folge erh ht man t verformungsgesteuert bei o konstant bis der H chstwert erreicht oder eine bestimmte Scherverschiebung Au berschritten ist Abb 7 3 Schert man die Pr fk rperh lfte bei gleicher Normalspannung noch weiter ab so f llt der Wert der Sch
294. ie Pfeile stehen f r die Fundamentlasten F weitere Einwirkungen fehlen Gel ndeform Das Relief an der Sperrstelle bestimmt massgebend die Form der Kontaktfl che Je konvexer die Kurvatur der Gel ndeoberfl che ist Abb 3 4 desto weniger Trennfl chen sind f r die Ausbildung eines potentiellen Bruchk rpers erforderlich 5 16 So zeigt beispielsweise die Kombination von Abbildung 5 7 b mit d dass bei einer lokal doppelt konvexen Profil und Plankurvatur bereits eine einzige Trennfl che zur Abgrenzung eines Bruchk rpers gen gt Bei einer gestreckten Plan oder Profilkurvatur Abb 5 7 a bzw b entsteht erst durch Ver schneidung von mindestens zwei nichtparallelen Trennfl chenscharen ein Bruchk rper Selbst im ung nstigsten Fall einer doppelt konkaven Pofil und Plankurvatur gen gen drei nicht parallele Trennfl chen um einen Bruchk rper abzugrenzen 5 18 Durch Erosion Rutschun gen oder k nstliche Eingriffe sind jederzeit nderungen der Gel ndeform m glich Gesteinsart In einer homogenen Felsmatrix kann die Textur den Verlauf einer Kontaktfl che vorgeben Aus diesem Grund ist besonders auf geschichtete und geschieferte Gesteine zu achten ani sotropes Festigkeitsverhalten Bei einem heterogenen Aufbau sollte zus tzlich die Anzahl Lage und Ausbildung von Zonen mit stark abweichenden Eigenschaften beurteilt wer den Abbildung 5 8 zeigt Beispiele von Gesteine Bruchk rpern deren Abgrenzung nicht sofort ersichtli
295. iert die Kontaktflache K4 um max 14 jene von S um bis zu 20 sowie das Felsk rpervolumen um bis zu 16 Die Kontaktfl che S st 2 7 bis 3 6 mal gr sser als jene von K4 und entspr che einem Quadrat von ca 150 m Seiten l nge Bei K4 w re die entsprechende Abb 14 13 Potentieller Bruchk rper der Form Schieferung in Rot K in Gr n K in Gelb mit 150 70 Die Vektoren stehen f r die Resultierende R die Normal und Scherkr fte N und S in den Gleit flachen sowie die Gleitrichtung Ihre Langen entsprechen dem jeweiligen Be trag der Kraft resp dem Betrag des Si cherheitsfaktors FS K definiert eine Abl sefl che Tab 14 2 Einfluss des Fallwinkels von K auf die Geometrie der potentiellen Bruchk rper In den Auto Block Berechnungen wurde weder das Fallazimut 150 noch der Einf gepunkt noch die Lage und Raumstellung von S und K variiert Als Referenz dient der in Abbildung 14 4 eingezeichne te Mittelwert von 150 90 Kenngr sse Schnittlinie 289 m 277m Kontaktfl che S 26 894 m 24 437 m Kontaktfl che Ka 7 501 m 6 965 m Abl sefl che Kz 2 640 m 2 750 m Volumen 394 180 m 363 448 m Bruchk rper 244 m 22 385 m 6 596 m 2 878 m 339 867 m Mittelwert K4 150 80 a K4 150 70 229 m 227m 20 718 m 119 036 m 6 700 m 7 136 m 3 035 m 3 242 m 320 677 m 302 866 m 14 4 Bruchk rperanalyse 223 Seite rund 85 m bei Kz rund 55 m lan
296. ifft 8 18 Sie gr ndet auf einer qualitativen Gruppierung der am Bruchk rper angreifenden Kr fte 8 19 Ein Quotient der r ckhaltenden zu den treibenden Kr ften dr ckt dabei die Sicherheit gegen Abgleiten aus Diese Definition f hrt zu widerspruchlichen Berechnungsresultaten und sollte daher n cht verwendet werden 8 21 III Nachweis auf Bruchwiderstandsniveau Die Sicherheit definiert man hier als Quotienten zwischen einer maximal m glichen am po tentiellen Bruchk rper angreifenden Kraft Fmax und der vorhandenen Kraft F mit gleicher Wirkungslinie yg Fmax F 8 14 Der Sicherheitszuschlag entspricht einer Einwirkungs reserve Er ist ein Mass f r die F higkeit des Tragwerks angreifenden Kr ften zu widerste hen Dieser S cherheitsbegriff ist heute kaum mehr blich er gelangte fr her v a bei physika lischen Modellen zur Anwendung s ehe Kapitel 9 1 Bei der Grenzgleichgewichtsmethode ist dies als Mittel ber alle Gleitfl chen zu verstehen weshalb der Sicherheitsfak tor konstant ist Andernfalls w rde der Sicherheitsfaktor in jedem Punkt der Gleitfl chen einen anderen Wert annehmen Je st rker man die Festigkeit in den Gleitfl chen ausn tzen m chte umso gr ssere Verformungen treten auf Man ver meidet dies indem man einen h heren Sicherheitsfaktor w hlt als dies aus Gr nden der Tragsicherheit alleine notwen dig w re Damit wird die Scherfestigkeit der Materialbr cken massgebend
297. igenschaften in einem widerspruchsfreien Gesamtbild zusammenfasst Abb 11 1 Luftaufnahme des Albigna Tales Richtung S mit freundlicher Genehmigung der Leica Geosystems AG Heerbrugg 160 11 Staumauer Albigna 11 1 Ausgangslage Die Dichtigkeit des Felsens spielt nicht nur bei Staumauern sondern auch bei unterirdischen Lagerst tten f r die Entsorgung radioaktiver und anderer Industrieabf lle eine massgebende Rolle Absch tzungen ber die Menge der Schadstoffe die durch eine Sickerstr mung im Laufe der Zeit in die Biosph re gelangen k nnten beruhen auf felshydraulischen berlegun gen und Modellberechnungen Um die Gesetzm ssigkeit der Sickerstr mung m gekl fteten Fels genauer zu untersuchen sowie heutige Berechnungsmodelle berpr fen zu k nnen wur de 1987 1992 m Untergrund der Staumauer Albigna ein Forschungsprojekt durchgef hrt 11 2 11 5 Es beinhaltete umfangreiche Beobachtungen m Feld und eine Interpretation der Messdaten durch numerische R ckrechnungen Nach Projektende wurden die Ablesungen weitergef hrt um das Langzeitverhalten zu studieren Die Wahl des Standortes Albigna war mehrfach begr ndet Zum einen ist die Fundation einer Staumauer jahreszeitlich schwankenden Druckgradienten ausgesetzt zum andern ist hier die Zug nglichkeit f r das Abteufen neuer Bohrl cher zur Instrumentierung gew hrleistet Weite re Gesichtspunkte waren die bereits vorhandenen Gleitmikrometerbohrungen sowie der hohe
298. ignisse aufgelistet die in einem engen Zusammenhang mit der Stabilit t der Felsfundamente stehen Die ausgew hlten Beispiele behandeln je drei Bogen und Gewichtsmauern aus Beton sowie drei Gewichtsmauern aus Mauerwerk wobei f nf eine H he unter 30 m aufweisen Sie sind in zwei F llen auf Magmatischem Gestein der Rest auf Sedimentgestein oder Metamorphem Gestein fundiert Acht der neun Staumauern wurden vor 1930 gebaut Die Schadensf lle tra ten zweimal w hrend dem Ersteinstau viermal innerhalb der ersten f nf Betriebsjahre und dreimal sp ter auf Vier Abbildungen 4 5 8 illustrieren zwei wohldokumentierte Versagen in Amerika Gewichtsmauer St Francis und in Frankreich Bogenmauer Malpasset Das Studium der zahlreichen in der Literatur aufgef hrten Fallbeispiele von unerw nschten Ereignissen liefert nur einen geringen Beitrag zum besseren Verst ndnis der vorliegenden Fragestellung Die Gr nde hierf r sind mehrere Zum einen stand oftmals nur die Gebrauchs tauglichkeit im Vordergrund z B Risse zum andern ist die summarische Betrachtung einer Nicht zu verwechseln mit Stabilit tsproblemen bei Mauerfundamenten wie z B in Gleno IT 1923 El Habra DZ 1927 oder Vega de Tera ES 1959 Auch auf die Bildung instabiler Lockergesteinsbereiche wie z B in Puentes ES 1802 wird nicht eingegangen selbst wenn der Grossteil des Gr ndungsk rpers aus Fels bestand 54 4 Tragwerk Abb 4 7 Bogenmauer Malpasset links
299. ilen wobei erstere aus Eigengewicht und Erdbebenbelastung bestehen Nach Angabe von Richtung Betrag und Angriffspunkt werden die Einzel und Wasserkrafte zu Resultierenden alle drei Lastgr ssen zu einer Gesamtresultierenden pro Bruchk rper zusammengefasst Die separat abgelegten Kr fte k nnen in beliebiger Kom bination graphisch oder in Listenform dargestellt werden e Strength Hier werden jeder Trennfl chenschar f r Gleit nicht aber Abl sefl chen die Scherfestigkeitsparameter nach MOHR COULOMB zugeordnet Die Wahl der Parameter muss f r einen repr sentativen Wertebereich der Normalspannung in den Gleitfl chen des potentiellen Bruchk rpers sowie f r die vermutete Gleitrichtung erfolgen Kap 7 3 1 Die Annahme eines starren Gleitk rpers st mit einer gleichm ssigen Spannungsverteilung in den Kontaktfl chen verbunden e Computation Hier wird der Sicherheitsfaktor gegen Gleiten f r jeden ausgew hlten ki nematisch zul ssigen Bruchk rper nach KOVARI amp FRITZ 10 19 berechnet Voraussetzung daf r bildet die Kenntnis der Bewegungsart und richtung des zu pr fenden Starrk rpers Keine Bewegung Abheben Translation entlang einer oder zweier Trennfl chen Jede Be wegung eines Bruchk rpers wird durch die an ihm angreifende Gesamtresultierende verur sacht Kapitel 6 7 und verl uft in Abh ngigkeit der Raumstellung der Gleitfl chen in Richtung der maximalen positiven Komponente Nach der Berechnung der Reaktione
300. im Unterschied zu jener der Trennfl che Beispiel Anker k nnen die r ckhaltenden Kr fte erh hen oder die treibenden Kr fte verringern LONDE schlug vor bei vorgespannten Ankern die treibenden Kr fte zu verringern da die Vorspannung wirke bevor sich der potentielle Bruchk rper in Bewegung setzt Bei schlaffen Ankern hingegen sollen die r ckhaltenden Kr fte erh ht werden weil sich diese erst nach einer gewissen Bewegung einstellen k nnen 8 20 ICOLD 8 12 schreibt dazu Such a definition assumes the impossible i e the increase of water load which with maxi mum flood level assumptions could only be increased by changing its specific gravity This number frequently in the range of 4 8 fur Bogenmauern 2 4 f r Gewichtsmauern has little to do with the quantification of the dam safety 122 8 Sicherheitsdefinition Fur jede Bemessungssituation Kap 6 5 lassen sich Kombinationen von Einwirkungen able1 ten deren Eintretenswahrscheinlichkeit den Betrag des erforderlichen Globalsicherheitsfak tors beeinflusst 8 22 Je seltener der Lastfall desto h here potentielle Sch den und damit niedrigere Sicherheitsfaktoren werden akzeptiert solange kein Versagen des Tragwerks ein tritt Pro Lastfall zumindest aber pro Bemessungssituation muss daher ein eigenes yg 2 1 0 festgelegt werden 8 23 Die H he des erforderlichen Globalsicherheitsfaktors h ngt aber noch von weiteren Gegebenheite
301. inen solchen Grenzzustand bei dem Foundation stability analyses usually make use of the stress concept i e force per unit area It must however always be born in mind that overall stability is governed by forces since stresses are only meaningful through the areas to which they apply A high stress i e a stress in excess of the rock strength acting on a restricted or contained zone of rock will have no deleterious effects whereas a much more moderate stress acting over a large area may seriously affect the safety margin of the foundation 4 24 In der Realit t kann solch ein Bruchk rper nat rlich auch im Sperrenk rper alleine oder beidseits der Gr ndungsfl che auftreten Wir wollen uns hier aber ausschliesslich auf dessen Bildung im Felsfundament beschr nken 4 4 Stabilit tsuntersuchung 59 ein Felsk rper allen angreifenden Kr ften gerade noch eine ausreichende Reaktionskraft ent gegenstellen kann nennt man Bruchzustand Der bis anhin stabile Felsk rper potentieller Bruchk rper wird nstabil effektiver Bruchk rper wenn die Beanspruchung aus den usse ren Einwirkungen gr sser ist als der innere Widerstand und mindestens ein kinematischer Freiheitsgrad vorliegt Werden die Komponentenbedingungen verletzt kommt es zu einem Gleiten werden die Momentenbedingungen verletzt tr tt Kippen ein Beide F lle gehen ein her mit dem Verlust der Standfestigkeit Gleit und Kippsicherheit muss gew hrleistet sein Die lo
302. ion Weitr umig gewellt kleinraumig eben F Klein R 235 10 60 10 glatt mit Rutschharnischbel gen 5 D Sehr klein E Bis HSBB Il 3 4 9 cm Kakirit Kl fte KC P berall wenige v a in der Gr n Eben glatt in dunklen feink rnigen F Gross dungsfl che Granodioriteinschaltungen geh uft D Klein R 345 30 70 20 z T mit Rutschharnischbel gen E 10 9m Aktive Kl fte AR P Bis 1 m ab seeseitigem Mauer Eben glatt nach unten von C zu C F Sehr klein fuss ab HSBB Il 3 Kluft springend D Gross R 360 10 60 10 E Durchgehend bis 70 m Tiefe KZ P 3 1mbreit 14 m seeseits von Gangf rmige biotit hornblendereiche F Sehr klein Block 12 Einschaltung ohne auffallige Grenzfla D Gross R 360 10 63 10 che die stark von B C Kl ften durch setzt ist 11 5 Modell des Untergrundes 173 Querschnitt Fuge 11 Korngef ge N Heller grobk rniger SB Il 7 ai AR A spum S8 8 hsa ce Granodiorit en SA II 13 Y Dunkler feink rniger HSC Il 5 Granodiorit l Flachengefuge A x HS Hauptst rung SA II 3 HSC II 4 N S St rung KAN AB K Kluft Ke SB II 12 AR Aktiver Riss ee KZ Kluftzone SA II 2 SC Il 3 A D Trennfl chensysteme ituation 2 o Situatio 2 HSB 11 10 00 ne O u EI KC IT na gt L ngsschnitt HSA Il 6 x uss Il 2 HSB Il 4 i a KA m KC KB ip ie SA Il 8 N KD KD
303. ion aller Lagen der verschiedenen Trennfl chenscharen innerhalb der vorgegebenen Variationsbereiche der aufwendigste Teil von AutoBlock Durch sorgf ltige Programmierung sowie eine Kombination von einem eige nen schnellen Code und generellen Routinen von AutoCAD h lt sich der Aufwand jedoch in Grenzen Alle berechneten kinematisch zul ssigen potentiellen Bruchk rper werden in einer 152 10 AutoBlock Tabelle aufgef hrt die ber deren Laufnummer Bezeichnung Zustand und Volumen Aus kunft gibt Die wichtigsten geometrischen Eigenschaften der Bruchk rper lassen sich in ei nem separaten Dialogfeld anzeigen Es ist m glich im digitalen Gel ndemodell neben mehre ren Bruchk rpern auch Einzelbl cke oder deren Kontaktfl chen zu betrachten wobei der Zu griff auf einzelne Fl chen Linien und Punkte zwecks Auflistung geometrischer Informatio nen gew hrleistet st F r die Darstellung sehr vieler Bruchk rper existieren folgende M g lichkeiten Entweder als Punkt oder als Ausbisslinie auf der Terrainoberfl che Damit erh lt man visuelle Hinweise in welchen Bereichen des Gel ndemodells mit vielen potentiellen Bruchk rpern zu rechnen ist Loading Conditions Bei den Volumenkr ften unterscheidet Auto a Block zwischen dem Eigengewicht und der u Erdbebenbelastung statische Ersatzlast Wirkungs Sie werden zum einen ber das mittlere str cke Raumgewicht f r Fels zum andern durch je ig einen Beschleunigungswert in horizonta
304. ion von Ver suchsergebnissen zu beachten 7 6 Im Labor wurden bislang beide Ger te im Feld vor nehmlich das Direktscherger t eingesetzt 7 4 7 1 1 Proben Eine praktische Schwierigkeit stellt bereits das Auffinden Aussuchen und Entnehmen von geeigneten Proben dar Sie sollen die Eigenschaften der potentiellen Gleitflache bestens wie dergeben Im besten Fall liegen sie sogar mehrfach in gleichwertiger Qualit t vor Versuche an gr sseren Proben gelten als glaubw rdiger zumal die Festigkeit massstabsabhangig ist 7 3 Solche Anforderungen sind aber selbst im Gr ndungsk rper einer Staumauer kaum zu erf llen Es ist deshalb nicht einfach die Ergebnisse einer Reihe scheinbar identischer Proben zu vergleichen und zu einem grundlegenden Verst ndnis ihres Scherverhaltens zu gelangen 7 4 Weitere Probleme bieten der Transport ins Labor die Lagerung v a Wassergehalt Vorbereitung sowie der Einbau in die Versuchseinrichtung So kann z B ein Gestein mit niedriger Festigkeit oder ausgepr gter Anisotropie nach erfolgreichem Erbohren zerbrechen Noch heikler sind Gesteinsstucke mit einer gemeinsamen Trennfl che Die einen m ssen von guter Qualit t sein f r die Versuche die andere sollte bis zum Einbau keine Verschiebung erleiden Feldversuche bieten den Vorteil dass Probenentnahme transport und lagerung entfallen Die Untersuchung einer ungest rten F llung wird generell besser in Feldversuchen vorgenommen weil seine Probenferti
305. ionen zuweist und als Extended Entity Data ablegt Die Strukturierung erfolgt mit Zeichnungsebenen Layers Abb 10 8 Jedem Zeichnungselement ordnet man einen eigenen Layer zu der unmittelbar vor dem Erstgebrauch generiert und zur Vermeidung von Datenver lusten gesperrt wird Die variierbaren Textinformationen lassen sich aus einer Zeichnung in eine externe Datenbank bertragen oder von dort abrufen Jedes Zeichnungselement kann Verweise auf andere enthalten so dass sich an keinem nderungen vornehmen lassen ohne die Konsequenzen zu pr fen Demzufolge d rfen Elemente nur mit AutoBlock Befehlen er zeugt ver ndert oder gel scht werden 10 2 3 Besonderheiten Die Eigenheiten der Teilprogramme Digital Terrain Model Kinematical Conditions und Loading Conditions bed rfen einer vertieften Darstellung 10 1 Digital Terrain Model In Abbildung 10 9 st der Ablauf bei der Modellierung des zu untersuchenden Felsbereichs mit einem Solid Modeler unter Einbezug von Bauwerksk rpern zusammengefasst Zuerst er folgt der externe Aufbau des DTM indem man das Dreiecks Vierecksnetz der Felsoberfl che mit einem speziellen Programm berechnet AutoBlock gestattet den Import des Draht oder Fl chenmodells sofern es keine L cher keine senkrechten berh ngenden oder sich berlap penden Fl chen und nur eine geschlossene Berandungslinie aufweist Liegen die Eckpunkte der Vierecke nicht in derselben Ebene so werden sie automatisc
306. irklichkeit f r die Durchf hrung von Untersu chungen Es soll die sachdienlichen Tatbest nde trotz der angestrebten Einfachheit korrekt wiedergeben Damit man seine Aussagekraft richtig beurteilen kann muss beim Bilden von Modellen eine klare Ordnung unter den grund legenden Annahmen und ihren Voraussetzun gen herrschen S mtliche Idealisierungen sind ausf hrlich zu dokumentieren damit sie von Fachleuten nachvollzogen werden k nnen Ein besonders hoher Stellenwert kommt der Vollst ndigkeit und Folgerichtigkeit des Den kens zu Die Grenzen der aktuellen Kenntnisse m ssen aufgezeigt die Stichhaltigkeit der Aus sagen belegt werden Methodische Zweifel sind unausgesprochenen Gewissheiten vorzuziehen Die Modellierung verl uft schrittweise Abb 2 10 Zuerst wird das Verst ndnis f r den Un tergrund erarbeitet und in einem konzeptuellen Modell festgehalten Im Anschluss daran for muliert man die spezifische Fragestellung und schreitet zur Evaluation und Verifizierung einer ad quaten Untersuchungsmethode Nach der Untersuchung wird die Aussagekraft der Ergebnisse anhand einer Gegen berstellung Annahmen Ph nomen beurteilt beziehen sie sich doch auf das vereinfachte Abbild und nicht auf die Realit t 2 42 Den Abschluss Verst ndnis f r Untergrund erarbeiten Konzeptuelles Modell entwerfen Fragestellung formulieren Untersuchungsmethode bestimmen Untersuchung durchf hren Aussagekraft beurteil
307. is f r die Ausbildung m glicher Versagensmechanismen f rdern k nnen Die Erfahrung zeigt aber dass sie die Wirklichkeit trotz aller Anstrengungen noch immer unge n gend abbilden Der Grund liegt in den engen durch die Beschreibung der felsmechanisch hydraulischen Eigenschaften gesetzten Grenzen 4 24 Der voreilige Einsatz aufwendiger Planungsinstrumente verstellt vielfach gar die Sicht auf die Gesamtheit des Problems und steht dadurch angemessenen L sungen im Wege 4 49 So bleibt u a wenig Zeit das mit Hilfe leistungsf higer Hilfsmittel produzierte Datenmaterial zu hinterfragen In der Folge ge hen wesentliche Zusammenh nge unter oder sind dem Verantwortlichen nicht mehr pr sent 4 50 4 51 Gefragt ist darum eine kluge Auswahl des wirklich Notwendigen Eine solche Beschr nkung auf das Entscheidende zwingt uns die Voraussetzungen unter Beachtung aller Aspekte sorgf ltig zu pr fen Die Ausgangslage f r das Aufstellen eines einfachen Modells ist indessen verzwickt e Das statische System sollte r umlich sein da eine zweidimensionale Betrachtung aufgrund der Form der Topographie und des Fl chengef ges zu kurz greift e Die Einwirkungen sind schwierig anzusetzen bestehen doch bei den massgebenden wie dem Porenwasserdruck und seiner Verteilung betr chtliche Unsicherheiten Hinzu kommt dass bei einer allf lligen Auftrennung des Tragwerks in einen Griindungs und einen Sper Manche Forscher treffen Annahmen von schwerwie
308. isb gen das Fl chenmodell auf elementare und allgemeine Fl chen Beim Zweiten ist die Beschreibung eindeutig womit sich verdeckte Kanten entfernen oder Schnittlinien von sich schneidenden K rpern berechnen lassen nur das Volumenmodell erzeugt Schnittfl chen Fl chenmodelle k nnen jedoch nicht gew hrleisten dass eine Fl che einen physikalischen K rper im 3D Raum begrenzt Im Gegensatz dazu hat Solid Modeling den Nachteil eines erh hten Speicher und Rechenaufwandes In der Geotechnik wurde die Verwendung von Volumenmodellen bereits 1990 f r die Erzeu gung eines anschaulichen digitalen Baugrundmodells vorgeschlagen 10 13 10 14 Mitt lerweile ist selbst der Datenaustausch mit FEM DEM Programmen m glich 10 15 Ein Volumenmodell definiert die Geometrie einer geschlossenen Untermenge des 3D Raums unter Gew hrleistung der Vollst ndigkeit der Integrit t und der notwendigen Genauigkeit 10 11 10 12 144 10 AutoBlock 10 2 Beschreibung 10 2 1 Aufbau AutoBlock wurde auf der Grundlage von ObjectARX mit C f r AutoCAD 2000 ent wickelt Abb 10 4 siehe auch Tab 10 1 Es erscheint als zus tzlicher Titel in der gewohnten AutoCAD Men leiste die beim Anklicken ein Abrollmen mit Men optionen offenbart Die oberen sechs sind Teilprogramme f r die Untersuchung der Stabilit t und den Datenaus tausch Die Unteren dienen der Unterst tzung des Benutzers Wahl der Ansicht nderung von Einstellungen Hilfe etc
309. ise verborgene oder nicht einsehbare Fels mit seinen sich in die Tiefe erstreckenden Trennflachen kann nicht ausreichend erfasst werden so dass in Einzelfallen ein mehr oder weniger grosser Ermessensspielraum bestehen bleibt Die damit verbundene Ungewissheit der Prognose wird bei der Anordnung der konstruktiven Massnahmen ber cksichtigt Die neuartigen M glichkeiten von AutoBlock haben sich bei der Untersuchung der vorlie senden Fragestellung bew hrt Insbesondere die graphischen Darstellungen besitzen das Po tential zu einem unentbehrlichen Glied in der Verst ndigungskette zwischen Geologe und In genieur bzw zwischen Ingenieur und Bauherr zu werden Die Simulation der Wirklichkeit er ffnet eine leichte Zug nglichkeit in die abstrakte Welt der Statik Drohende Gefahren las sen sich damit auch Nicht Fachleuten pr gnant vor Augen f hren Die visuelle Diskussion von Ergebnissen ist vermutlich auch der wichtigste Beitrag von AutoBlock zur Stabilit tsana lyse von Felsb schungen und fundationen In vielen F llen d rfte sie gar zielgerichteter sein als die akribische Bestimmung von Sicherheitsfaktoren Welche weiteren zweckdienlichen Entscheidungsgrundlagen das Programm noch zu liefern vermag soll 1m n chsten Fallbei spiel aufgezeigt werden Das dargelegte Vorgehen hat sich mittlerweile auch andernorts bew hrt so z B in Bernhardzell 12 19 13 Felsfundation Br cke Pianello Die beiden s ditalienischen Ortschaften Muro Luca
310. istence 5 13 auf eine Schar zur ckf hren Abb 5 10 so spricht man von einer Bruchstaffel bei zwei Scharen von einer Kluftstaffel 5 21 Die lokalen Eigenschaften des Fl chengef ges erw hnt seien Raumstel lung Erstreckung Abstand berlappung und Materialbr ckenl nge legen die Ge ometrie der Abstufung fest So kommt es zu den vielfaltigsten Formen einer gestuf ten Kontaktfl che deren Verlauf nur schwer prognostizierbar st Abb 5 13 In der Praxis ersetzt man deshalb die Abstu fung durch eine mittlere Kontaktfl che Abb 5 14 5 25 Ihr Fallwinkel 5 ent spricht zwar be niedrigen Stufen ungef hr derjenigen einer Schar 6 7 weicht aber bei h heren Stufen massgeblich da 5 1 Bruchk rperform 71 Schar 2 Schar 1 Abb 5 13 Einfluss der Abstufung auf die Bruch k rperform Das Fl chengef ge legt die Geometrie der Abstufung fest 5 22 von ab gt Bi Der Fehler l sst sich durch Einf hren einer projizierte Kontaktfl che ver meiden 5 23 In Abbildung 5 14 werden alle Teilflachen der Schar 1 in Richtung von Schar 2 A alle Teilfl chen der Schar 2 in Richtung von Schar 1 42 projiziert Der projizierte Bruchk rper mit der Kontaktfl che A 42 unterscheidet sich vom urspr nglichen wie folgt Seine Kontaktfl che ist kinematisch korrekt angesetzt das Volumen aber um V4 gr sser Mit anderen Worten Jeder potentielle Bruchk rper mit abgestuft
311. it Realit tsn he deutlich ab Bis anhin erforderliche Vorbereitungsarbeiten wie die m hsame Bestimmung der Felsk rpergeometrien oder das fehleranf llige Rechnen mit Kraftkomponenten im 3D Raum geh ren definitiv der Vergangenheit an Dem Fachmann bleibt nun mehr Zeit das Datenmaterial zu studieren und Verkn pfungen zwischen ausge suchten Kenngr ssen auszuloten Mit anderen Worten Die Entlastung von zeitraubenden T tigkeiten im Vorfeld einer Untersuchung kommt einer umfassenden Analyse zu Gute Damit erf llt das Programm seinen eigentlichen Zweck Dem Ingenieur in der Praxis den Zugang zu einem tieferen Verst ndnis der vorliegenden Fragestellung zu erm glichen als dies bisher der Fall war 228 15 Fazit In der vorliegenden Arbeit wurden die wichtigsten Aspekte der Felsmechanik mit den M g lichkeiten moderner Computerhilfsmittel verkn pft Hierbei entwickelte der Autor zuerst eine neue Methodik f r die Stabilit tsuntersuchung von potentiellen Bruchk rpern in Fels fundamenten von Staumauern S e baut auf dem heutigen Wissensstand auf und eignet sich auch f r Felsb schungen und fundationen von Br cken Geb uden etc Auf dieser Grund lage erarbeitete man sodann ein modernes Hilfsmittel f r die Praxis Vier Fallbeispiele vom Autor bearbeitet nach der neuen Vorgehensweise vertiefen anschaulich Aspekte der theoretischen Ausf hrungen Die Grundz ge der neuen Methodik wurden wi e folgt hergeleitet e Unter dem Sti
312. itish surface coal mining In Issues in Rock Mechanics DIA US Symp on Rock Mech Eds Heuze Good man Berkeley 5 7 LAUFFER H 1999 Findings old and new relating to the dam foundation problems encountered at Malpasset F Sta Maria CH and K lnbrein A as predicted by D C Henny in 1929 Dam En gineering X 1 5 8 ALONSO E CAROL I DELAHAYE C GENS A PRAT P 1996 Evaluation of safety factors in discontinuous rock Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 33 5 5 9 CARTNEY S A 1977 The ubiquitous joint method Cavern design at Dinorwic Power Station Tun nels amp Tunnelling May 5 10 PACHER F 1966 Beitrag zum Mechanimus der Bruchbildung in gekl fteten Medien In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa 5 11 ROCHA M 1978 Analysis and design of the foundations of concrete dams In Int Symp on Rock Mech related to Dam Foundations vol 2 Brazil 5 12 LONDE P TARDIEU B 1975 Practical rock foundation design for dams In Proc 16 Symp on Rock Mech Minneapolis 5 13 ISRM 1978 Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 15 5 14 HOEK E 1991 When is a design in rock engineering acceptable In Proc 7 Int Cong on Rock Mech vol III Aachen 5 15 PITEAU D R PECKOVER F L 1978 Engineering of rock slopes In Landslides Analysis and Control Special
313. jedoch auf ein repr sentatives Modell pro Grenzfall Ein volles Staubecken auferlegt dem Tragwerk zwei Aufgaben Es muss allen angreifenden Kr ften widerstehen und das Wasser zur ckhalten Eingang in das Modell des Untergrundes finden deshalb vor allem Angaben zur Festigkeit Verformbarkeit und Durchl ssigkeit des Felsens Die Festigkeit des Felsens wird primar von derjenigen der Trennfl chen sekund r von jener des Gesteins bestimmt Die Verformbarkeit st abh ngig von jener des Gesteins und der Trennfl chen sowie dem Ausmass der Gesteinszerlegung Der Fels verformt s ch dabei nicht stetig sondern vorzugsweise l ngs vorhandender Trennfl chen wichtig bei der Span nungsanalyse von Bogen und Pfeilermauern Die Durchl ssigkeit des Felsens h ngt v a von der ffnungsweite und F llung sowie dem Verbindungsgrad der Trennfl chen ab Das Korn und Fl chengef ge bestimmt somit das mechanisch hydraulische Verhalten der Felsfundation Welche materialtechnischen Kenngr ssen Gestein Trennfl che Fels Verein heitlichung oder Wertepaare f r Grenzwertbetrachtungen etc im konkreten Fall zu verwen den sind bedarf einer eingehenden Pr fung Keine noch so sorgf ltige Erkundung des Gef ges kann jedoch verhindern dass wesentliche Ungewissheiten verbleiben 4 7 Die Gr nde hierf r liegen u a in der Vielzahl geotechnischer Parameter sowie in den Unsicherheiten bei deren Erfassung sind doch die dazu m glichen Beobachtungen Messungen un
314. k Einzelpunkte Profildaten Gitterdaten H henlinienpunkte Abb 10 1 Punktverteilung auf der Gel ndeoberfl che 10 3 Unregelm ssig verteilte Einzelpunkte z B aus topographischer Tachymetrie in Profilen bzw gitterf rmig angeordnete Punkte z B aus photogrammetrischem Stereomodell linienhafte Information z B digitalisierte H henlinien und H henzuweisung der Bilddaten Liegt eine sehr hohe St tzpunktdichte vor sind vor der Berechnung die Genauigkeitsanforderungen an das DTM zu pr fen Je h her sie sind desto gr ssere Datenmengen m ssen verarbeitet werden Oft dr ngt sich eine vorg ngige Reduktion mit speziellen Ausd nnungsalgorithmen Strip DOUGLAS PEUCKER etc auf e Datenberechnung Mit handels blichen Programmpaketen z B 10 5 strukturiert man die Eingangsdaten n einer Datenbank und legt die Oberfl che des DTM fest Den Grundriss f r die zur Modellierung der Gel ndeoberfl che verwendeten Teilfl chen bildet ein Netz aus Dreiecken Abb 10 2 quadratischen Gittermaschen oder einer Kombination der bei den trianguliertes Raster Hybrid Netz Beim Dreiecknetz wird eine Menge unregelm s sig geformter sich nicht berlappender Dreiecke in der x y Ebene erstellt Die Eckpunkte repr sentieren die erfassten Messdaten engl Triangulated Irregular Network Sein Auf bau beruht oft auf einer DELAUNEY Triangulation oder einer Rasterdatenverarbeitung VORONOI Bei der Strukturierung mittels Gitter oder Rasternetz
315. k nnen nicht nur nat rlichen oder k nst lichen Ursprungs sein sondern auch unter der Wirkung der Fundamentlasten auftreten e Bei Einstau ffnen sich Trennfl chen nahe dem oberwasserseitigen Mauerfuss w hrend sich solche zum Unterwasser hin verengen Die damit verbundene nderung der Durchl s s gkeit f hrt zu einer Konzentration der Potentialfl chen unterhalb der Gr ndungssohle Eigene Messungen im Felsuntergrund von Albigna sind daf r ein Beleg Kap 11 3 e Bei hohem Gradienten und geometrisch m glichem Abtransport von Einzelk rnern ist ein Auswaschen von F llmaterial in offene Trennflachen oder Drainagebohrungen m glich Zunehmende Sickerwasserverluste durch siltige Partikel getr btes Sickerwasser versan dete Drainagen oder neue Quellen nahe dem luftseitigen Mauerfuss geben Hinweise auf derartige Erosionsvorgange Dies war bei der Staumauer Albigna der Fall Kap 11 3 e Abnehmende Sickerwasserverluste deuten auf eine fortschreitende Abdichtung des Stau beckens bzw der Trennfl chen oder auf ein Verstopfen der Drainagebohrungen hin mit gravierenden Konsequenzen fur das Potentialfeld 6 3 2 Wasserdruck Ist das Potential im Felsfundament berall gleich so befindet sich das Bergwasser in Ruhe Bei Potentialunterschieden setzt eine Str mung und damit eine nderung des Wasserdrucks ein Die hydrostatische Druckverteilung wird von einem hydrodynamischen Druck berlagert Der hydrostatische Wasserdruck u nimmt linear
316. k rper von Abb 13 8 Eigengewicht G Wasserkr fte U 25 en U 7 0 kN m Gleiten auf K2 u 5 5 kN m Gleiten auf K2 20 15 u 4 0 kN m Gleiten auf K1 K2 Kohasion c kN m u 0 trocken Gleiten auf K1 K2 0 I I I I 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Reibungswinkel 9 Abb 13 15 Parameterr ckrechnung f r den effektiven Bruchk rper von Abbildung 13 14 Unter der Annah me dass der effektive Bruchk rper ohne Wasserkraft in der Kontaktfl che instabil w re u 0 stellt der Punkt bei einem angenommenen Reibungswinkel von g 35 eine obere Grenze f r die Koh sion c in der Kontaktfl che dar in diesem Fall 7 2 kN m for natural failures represent giant test specimens Due to the unknown importance of scale effects it is far more suitable to rework field data using an appropriate model than to attempt a program of field tests although the latter will also be useful to check assumptions and specific geological structures not represented in case histories 13 4 13 4 Bruchk rperanalyse 207 Um die Abh ngigkeit des Sicherheitsfaktors von den Scherfestigkeitsparametern und dem Wasserdruck an einem konkreten Beispiel zu untersuchen wurde der in Abbildung 13 8 auf gef hrte Bruchk rper modelliert Bei der Parameterr ckrechnung beschr nkten wir uns vor erst auf die alleinige Wirkung des Eigengewichts G das sich aus dem Bruchk rpervolumen
317. k Engineering vol 1 Ed Hudson Pergamon Press London 3 6 HENCHER S R 1987 The implications of joints and structures for slope stability In Slope Stability Eds Anderson amp Richards J Wiley amp Sons New York EA GOLZE A R 1977 Handbook of dam engineering Van Nostrand Reinhold Comp New York 3 8 BLIND H 1987 Wasserbauten aus Beton Ernst amp Sohn Berlin 3 9 BELLPORT B P 1974 Design and construction of arch dams In ICOLD Lessons from Dam Inci dents Paris 3 10 MGALOBELOV B LANDAU A 1997 Non conventional concrete dams on rock foundations A A Balkema Rotterdam 3 11 DIN 19700 1986 Stauanlagen Teil 11 Beuth Berlin 3 12 SCHNITTER N 1994 A history of dams the useful pyramids A A Balkema Rotterdam 3 13 LOMBARDI G 1988 Querkraftbedingte Sch den in Bogensperren Wasser Energie Luft 80 5 6 Baden 3 14 AUMANN G 1994 Aufbau qualitativ hochwertiger digitaler Gel ndemodelle aus H henlinien Diss Techn Univ M nchen 3 15 DIKAU R 1989 The application of a digital relief model to landform analysis in geomorphology In Three dimensional applications in geographic information systems Ed Raper Taylor and Francis London 3 16 BRANDLI M 1998 Informationsgewinnung aus Oberflachendaten NDK in angewandten Erdwis senschaften Digitale Erfassung und Modellierung geologischer Daten ETH Z rich 3 17 WAHLSTROM E
318. kale berschreitung des Widerstandes w rde bei einem statisch bestimmten Tragwerk unverz glich zum Kollaps f hren Demgegen ber vollzieht ein statisch unbestimmtes Trag system 4 24 eine Umlagerung der inneren Kr fte wodurch ein neuer Gleichgewichtszustand m glich wird Ein Versagen tritt erst dann ein wenn starke rtliche Verformungen an mehre ren kritischen Stellen gleichzeitig einen Bruchmechanismus hervorrufen Theoretisch w re es demnach vorstellbar dass eine Bogenmauer die rtliche Bildung eines Bruchk rpers m Fels fundament verkraften k nnte w rde man sie hierf r bemessen Abb 4 3 b In Anbetracht der enormen Auswirkungen eines Tragwerksversagens und der nh renten Un sicherheiten werden in der Praxis solche Reserven nicht in Rechnung gestellt Hier wird daher postuliert dass f r den Nachweis einer ausreichenden Stabilit t eine Kraftumlagerung im Sperrenk rper nicht ber cksichtigt werden darf Die Gleit Stabilit t eines potentiellen Bruchk rpers gilt somit als nachgewiesen wenn f r den ung nstigsten Mechanismus der in nere Widerstand an seinen Kontaktfl chen gr sser ist als die Beanspruchung aus usseren Einwirkungen Dies setzt eine Pr fung verschiedener Verhaltensmuster voraus um den un g nstigsten Fall zu finden F r die Untersuchung der Stabilit t von Felsb schungen existiert eine Reihe bekannter expe r menteller und theoretischer Methoden Die heute blichen Berechnungsmodelle beruhen ent
319. kann man beliebige Bruchk rperformen in einer systematischen Weise ord nen beurteilen und ausschei den Anhand eines visuellen Vergleichs mit der Realit t lassen s ch kritische Felsbe reiche fr hzeitig identifizie ren stabile aus der Untersu chung eliminieren Beobach H he M Bauwerksachse tungen an aufgeschlossenen Abb 5 4 Einheitskugel mit Himmelsrichtungen und H he M Kontaktfl chen oder effekti ven Bruchk rpern liefern zu dem wertvolle Hinweise um die Vorstellungen zu berpr fen sowie der Bauwerksachse Die Kugeln stellen den Fels untergrund nach Herausschneiden keilf rmiger Bruch k rper mit gleicher Schnittlinie dar Sie unterscheiden sich nur in der Wahl der Halbr ume 66 5 Kinematik 5 1 2 Einflussfaktoren Je nach Sperrstelle und Sperrenk rper ist die Form des Bruchk rpers eine an dere Wir wollen deshalb kurz auf den Einfluss der Mauer und Geldndeform sowie der Gesteins und Trennfl chenart eingehen Da den Eigenschaften des Fl chengef ges eine viel gr ssere Bedeutung zu kommt als jenen des Korn gef ges konzentrieren wir uns auf erstere Abb 5 5 Kontaktfl che eines Bruchk rpers in der Realit t und in der Einheitsku gel Bild IGT Mauerform Eine besondere Rolle kommt dem Verlauf der Kronenachse bzw der Form der Gr ndungsfl che zu Nahe dem seeseitigen Mauerfuss kann z B ein steil einfallender Teil der Kontaktfl che tangential zur Kr
320. keit 7 9 7 32 7 33 Der Beitrag der Rauhigkeit wird mit einem Koeffizienten beschrieben den man visuell anhand vorgegebener Profile ermittelt und mit einem Faktor f r den Verwitterungsgrad und die Normalspannung korrigiert Obschon der Ansatz mehrfach berarbeitet wurde bestehen weiterhin gewichtige Vorbehalte So ist zum Beispiel der eingebaute Einfluss der Spannungsverh ltnisse physikalisch nicht be gr ndbar und die Sensitivit t der Ergebnisse auf die umstrittene Bestimmung der Koeffi zienten erheblich 7 34 Grenzkurven fur die Hochstfestigkeit nat rlicher Trennfl chen zeigen einen gekr mmten Ver lauf Nichtlineare Bruchkriterien m gen einen solchen zwar besser wiedergeben doch verhin dern gerade die Probleme bei ihrer Anwendung eine breite Akzeptanz 7 3 Hinzu kommt die Erschwernis eine zutreffende Grenzkurve fur die Verh ltnisse in situ festzulegen In Stabili tatsuntersuchungen auf der Grundlage der Grenzgleichgewichtsmethode wird aus diesem Grund das lineare Bruchkritertum nach MOHR COULOMB verwendet 7 17 Im n chsten Kapitel wird v a die Frage der Linearisierung der Bruchbedingung n her ausgeleuchtet 7 3 Scherparameter 7 3 1 Einflussfaktoren Gesteinsart Gesteine mit einer richtungslosen Textur k nnen hinsichtlich ihrer Festigkeit als isotrop sol che mit einer Paralleltextur als anisotrop angesehen werden Da Korngef ge mit Ebenen ab geminderter Festigkeit bei allen Gesteinsarten vorkommen lassen sich kei
321. kleinere Festigkeit und gr ssere Verformbarkeit als im Teilmodell a aufweisen Trotz der leicht gr sseren Kl ftigkeit sollte die Wasserwegigkeit klein sein da die vielen kakiritgef ll ten St rungen das Kluftnetzwerk felshydraulisch unterteilen Eine lokal gr ssere Wasserwe gigkeit aufgrund der Kl ftung ist v a im Bereich des seeseitigen Mauerfusses m glich Tab 11 1 Auszug der Zusammenstellung des Korn und Fl chengef ges im Teilmodell Beobachtungen sind in normaler Annahmen in kursiver Schrift gedruckt P Lage R Raumstellung E Erstre ckung F Festigkeit V Verformbarkeit D Durchl ssigkeit Art Geometrie Beschaffenheit Verhalten Tiefengesteine Heller grobk rniger P Uberall ausser bei Einschaltungen Massig porphyrisch F Gross isotrop Granodiorit V Klein isotrop D Sehr klein isotrop Dunkler feink rniger F Gross isotrop Granodiorit V Klein isotrop 0 Kluftzone KZ Gangf rmige biotit hornblendereiche D Sehr klein isotrop P 5 1 m breit 30 m lang bei Seil Einschaltung ohne auff llige Grenzfl bahnstation che die stark von B C Kl ften durch R 338 10 80 10 setzt ist Abstand cm m HSA Il 6 P Vgl Situation Weitr umig gewellt kleinraumig eben F Klein R 70 10 65 10 glatt mit Rutschharnischbelagen 10 D Sehr klein E Durchgehend 5 cm Kakirit z T organisches Material St rungen SB Il 6 P Vgl Situat
322. ko reduziert werden 2 31 Das denkbare Versagen einer Tal sperre gilt als klassisches low probability high loss Risiko Bandbreite m glicher Konsequenzen A werden im Rahmen von Risikoanalysen ermittelt Bei den meisten technischen Risiken kann w nur Collapse or movement of part of a dam or its foundation so that the dam cannot retain water In general a failure results in the release of large quantities of water imposing risks on the people and property downstream 2 30 Negativ bewertete Folgen eines Versagens sind v a Personen Sach Umwelt und Folgesch den 2 31 Die Begriffe Sicherheit und Risiko stellen zwei Seiten derselben Medaille dar Sicherheit bringt eher eine be schwichtigend best tigende Risiko eher eine beunruhigend zweifelnde Haltung zum Ausdruck So spricht man z B von Talsperrensicherheit meint aber die Gefahr einer Talsperrenkatastrophe 2 31 Wie z B die Absch tzungssicherheit die Reversibilit t von Sch den die Verz gerungswirkung bis zum Schadenseintritt sowie das Mobilisierungspotential Konflikte mit der Bev lkerung 2 36 Bei der Pr fung der Akzeptanz muss auf das Sicherheitsbed rfnis der Gesellschaft R cksicht genommen werden 2 31 Bei Stauanlagen in der Schweiz werden Rest risiken im Zusammenhang mit ausserordentlichen oder usserst seltenen Ereignissen toleriert z B unkritische Sch den bei Extremhochwasser erdbeben oder Flugzeug Satellitenabstur
323. konkret durch Bruchkriterien ma thematisch beschrieben Anweisungen wie die Scherparameter der Proben 1m Hinblick auf die Voraussage des Bruchs in der potentiellen Gleitflache interpretiert und kombiniert werden sollen sucht man in der Fachliteratur vergebens Hier m ssen einige Hinweise auf wichtige Einflussfaktoren gen gen Einen unteren Grenzwert der aufnehmbaren Schubspannung gibt oftmals die R ckrechnung von gleichartigen oder vergleichbaren Naturobjekten in der N he der Sperrstelle 7 1 Versuche Die Untersuchung des Scherverhaltens im Kleinen gr ndet auf der Vorstellung die Mechanik von Verformung und Bruch sei qualitativ und quantitativ hnlich wie im Grossen Nach dem Ort der Durchf hrung resp nach der Gr sse der Probe unterscheidet man zwei Arten 7 2 e Laborversuche Die Untersuchungen finden an handst ckgrossen Proben statt die dem Felsverband entnommen wurden nicht mehr ungest rt anderer Wassergehalt Die Festig keitseigenschaften lassen sich verh ltnism ssig schnell und zu geringen Kosten ermitteln e Feldversuche Die Pr fung der mechanischen Eigenschaften wird vor Ort an gr sseren Felsbereichen in nat rlicher Lagerung durchgef hrt Da solche Versuche mit einem erheb lichen apparativen zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden sind z B Vortreiben von Stollen Sch chten Freischneiden der Proben Einbau von Druckkissen werden sie nur im Einzelfall bei besonderen Bauwerken und Fragestellungen vorg
324. kte der konstruktiven Sicherheit beim Entwurf neuer oder bei der berpr fung bestehender Staumauern beschr n ken Von einer gedanklichen Auseinandersetzung mit der berwachung und Notfallkonzepten wird Abstand genommen auch wenn die Kombination von Analyse und Beobachtung viel zum besseren Verst ndnis der Realit t beitragen k nnte Die Praxis lehrt dass Entwurfsfehler mit katastrophalen Folgen seltener auf der Ebene der Berechnung von Kr ften und Verformungen sondern eher auf der Ebene der Entwurfslogik geschehen 2 42 Zur Vermei Nutzungs und Sicherheitsplan werden im Swisscode durch die Nutzungsvereinbarung und die Projektbasis ersetzt Sie gliedern die Anforderungen und Festlegungen an das Projekt nach Verantwortlichkeiten In der Nutzungsvereinbarung h lt der Bauherr die bergeordneten bauwerksspezifischen Nutzungs und Schutzziele in der Projektbasis der Projekt verfasser die ingenieurtechnische tragwerksspezifische Umsetzung fest 2 40 Beide Dokumente enthalten damit Ele mente des bisherigen Nutzungs und Sicherheitsplans Ob in der Projektbasis die nutzungsrelevanten Aspekte unter dem Titel Nutzungsplan die sicherheitsrelevanten unter dem Titel Sicherheitsplan aufgelistet werden bleibt offen 2 6 Modellierung 2 bd dung konzeptioneller Fehler muss folglich das Schwergewicht auf die logische Konsistenz und Koh renz bei der Modellierung gelegt werden 2 6 Modellierung Ein Modell ist ein vereinfachtes Abbild der W
325. l den Zusammenhalt m Felsuntergrund schw chen oder aufheben Bei der Abgrenzung potentieller Bruchk rper gilt es folgende Eigenheiten zu bedenken St rungen Die m Vergleich zu den Abmessungen des Sperrenk rpers oft grosse Er streckung ist derart bedeutsam dass hr Vorkommen gekl rt sein muss Trotz geringer H ufigkeit erfordern St rungsfl chen und zonen eine gesonderte Behandlung wobei ihr Einfluss stark von der Lage und Raumstellung abh ngt 5 19 Scherfl chen und zonen sind schwierig zu entdecken obschon ihr Auftreten h ufiger ist 5 20 Kl fte Nicht allen Kl ften der Tabellen 3 6 und 3 7 kommt die gleiche Bedeutung zu Auf merksamkeit verdienen dominante Scharen sowie Exemplare mit grosser Erstreckung ver witterten Oberfl chen oder weicher F llung 5 19 Bei den Kl ften des Prim rgef ges ste hen eher der Schalenriss die Kontraktions Schicht und Schieferungskluft bei jenen des Sekund rgef ges die St rungs Tal und Verwitterungskluft im Zentrum des Interesses Magmatische Gesteine Die Erfahrung lehrt dass Schichtfugen Decken und d nne Zwi schenschichten den Verlauf der Kontaktfl che pr gen a b c Abb 5 9 Beispiele f r den Einfluss der Anzahl Scharen auf die Bruchk rperform unter Einbezug von nur einer Trennfl che pro Schar a 1 Schar b 2 Scharen c 3 Scharen 5 11 It is likely that more dam sites have been adversely affected by the presence of shear zones than by any other
326. la nungszustand Mit SUBSTRACT D B kann ein Aushub simuliert mit INTERSECTION B N D das Volumen samt Fl chen der Kontaktfugen bestimmt werden Bauzustand Zur Darstellung d rfen importierte Bauwerksk rper nach dem Aushub als Platzhalter in die jewei lige Baugrube gestellt werden Endzustand Zu guter Letzt pr sentiert AutoBlock eine bersicht mit Informationen zu den Volumenmodellen und Fl chenobjekten Anzahl Volu mina Fl chen etc Die wichtigsten Elemente k nnen angezeigt werden Ein Zugriff auf ein zelne Regions Linien und Punkte zwecks Auflistung geometrischer Informationen Fl che Umfang Raumstellung L nge Koordinaten u a m ist jederzeit m glich Kinematical Conditions Die Bruchk rperform ist abh ngig von she UM der Anzahl Kombination und Raumstel lung vorhandener Trennfl chenscharen Die Zahl der M glichkeiten steigt mit zunehmender Anzahl Scharen stark an Normalenvektor AutoBlock beschr nkt sich auf max mal vier verschiedene Trennfl chen pro Bruchk rper Die Anzahl aktivierter Streichen Scharen legt die Ausgangslage fest Wird eine aktiviert so k nnen nur Felsk rper mit einer ebenen bei zwei mit einer keil Fall formigen Kontaktfl che untersucht wer m den Bei drei resp vier aktivierten Scha ren handelt es sich bei der Kontaktflache um Drei oder Vierflacher Der Benutzer Nord _ Fallrichtung Ost gibt fur jede Schar einen Referenzpunkt Falllinie f r
327. latten besteht die luftseitig durch regelm ssig angeordnete Pfeiler unterschied lichster Form gest tzt werden Pfeilerbogenmauer Gew lbereihen Mehrfachgew lbemauer Aufgel ste Mauer deren seeseitiger Teil aus einer Serie von Bogensegmenten besteht die z T luftseitig gest tzt werden Bei einer Pfeilerkuppelmauer sind die Bogensegmente horizontal und vertikal gekr mmt Bogenmauern Zylindermauer Einfach gekrummte Bogenmauer mit zylindrischer Innen und kegelf rmiger Aussen seite die in jedem horizontalen Segment den gleichen Kr mmungsradius aufweist Gleichwinkelmauer In horizontaler und vertikaler Richtung gekr mmte Bogenmauer die aus Kreisseg menten mit nach unten kleineren Radien und variablen Zentren bei konstantem ff nungswinkel zusammengesetzt ist Kuppelmauer In horizontaler und vertikaler Richtung gekr mmte Bogenmauer die aus Kreisseg menten mit unterschiedlichen Radien besteht und die Krone z T luftseitig berh ngt Schlankheitskoeffizient C F VH mit F abgewickelte durch Sperre abgeschlossene Fl che des Talquerschnittes V Betonvolumen H H he Schlankheitskoeffizienten ber 15 haben jeweils zu Problemen gef hrt 3 13 28 3 Beschreibung Gewichtsmauer Hohlpfeilermauer Pfeilerkopfmauer Pfeilerplattenmauer Pfeilergew lbemauer R N E 8 Abb 3 3 Ableitung der Pfeilermauern von der Gewichtsmauer im Grundriss und Querschnitt 3 12 3 1 2 Gel ndeform Eine Beschreibung der
328. ldet wie sie nachfolgend erl utert werden Um auch sprachlich diesen Teil der Arbeit abzuschliessen verlassen wir nun den Bauwerksbegriff und wenden uns der gedanklichen Vorstellung des Tragwerks zu Bezogen auf das Gef ge k nnen Staumauer und Fels homogen oder inhomogen isotrop oder anisotrop sein Da berall ein beliebig kleiner Bereich zu finden ist bei dem nicht mehr von Homogenitat Isotropie gesprochen werden darf gilt folgende Einschr nkung Ein homogener isotroper Teil muss so gross sein gegen ber den vorhandenen die Heterogeni t t Anisotropie erzeugenden Elemente dass deren Verteilung im Bereich als repr sentativ angesehen werden darf 3 28 Angesichts der Abmessungen einer Staumauer kann deshalb von einem homogenen Gestein ausgegangen werden auch wenn dies im kleinen Massstab nicht zutrifft Ein Homogenbereich bezeichnet ein Gebiet mit berall gleichartigem Aufbau in dessen Innern allerorts mit den gleichen Eigenschaften gerechnet werden darf Eine solche Vereinfachung ist im Fels berechtigt da sich dieser lokal in einer Mehrheit der F lle unter hnlichen Verh ltnissen ausgebildet hat 3 22 4 Tragwerk 4 1 Definition Das Tragwerk besteht aus dem physikalisch wohldefinierten Sperrenk rper und dem unend lich ausgedehnten Halbraum Untergrund Gr ndungsk rper die nur durch ihr Zusammen wirken das gew nschte Tragverhalten ergeben Abb 4 1 Beide Teile bilden hinsichtlich Kraft bertragung und Dichtigkeit ein
329. ler Wirkungs und vertikaler Richtung definiert Fiir die lange Richtung der Horizontalkomponente ist eine Winkelangabe erforderlich Wirkungslinie Abb 10 11 Wirkungslinie l nge und strecke Bei den Fl chenkr ften beschr nkt man sich mit Angriffspunkt A und dem auf auf die Wasserkraft Sie wirkt normal auf die Felsoberfl che projizierten A die Kontaktfl che jedes zul ssigen Bruch ee ee ec a A k rpers und wird als mittlere Fl chenkraft ee ee ee Gleichgewichtsgruppe an pro Trennfl chenschar eingegeben Dieser einfache Ansatz ist insofern gerechtfertigt als die Druckverteilung in einem gekl fteten K A K Wirkungslinie Medium von sehr vielen Parametern mit z T unbekanntem Betrag abh ngt Kap 6 3 Pr 2 T TET Be Ki __ Wirkungsstrahl Andernfalls m sste das r umliche Potential a ABB lt feld f r jeden Bruchk rper mit einem nume r schen Verfahren aufw ndig berechnet und die Verteilung der Wasserkraft f r jede Abb 10 12 Vorzeichenregelung Wirkt die Kraft in Richtung der Wirkungslinie resp des Wirkungsstrahls gegeben durch Kontaktfl che separat eingef hrt werden Fallrichtung winkel ist das Vorzei chen positiv K im andern Fall Als Einzelkr fte gelten alle am digitalen Ge negativ K l ndemodell angreifenden Punkt Linien oder Fl chenlasten Anker Auflasten Schlamm etc mit Ausnahme der bereits erw hnten Wasserkraft Eine Einzelkraft ist ein
330. lgebieten 1 2a und 2b auftreten nicht berh ht Die Ausdehnung und schlechte Zug nglichkeit des Untersuchungsgebietes die wegen des waldartigen Bewuchses eingeschr nkte Einsehbarkeit und rtliche Bedeckung erschwerten oder verunm glichten gar eine angemessene Erkundung Abb 12 6 Durch Begehung flache rer Bereiche Aufnahmen an Aufschl ssen vor allem in unmittelbarer Umgebung der Stras senanschnitte und Beobachtungen von der Strasse vom Gegenhang und vom Helikopter aus versuchte man dennoch ein m glichst zutreffendes Bild der Felsoberfl che zu erhalten Die gesammelten Erkenntnisse aus diesen gr sstenteils erratisch verteilten Lokalita ten lieferten wertvolle Hinweise auf d e Felsstruktur m unsichtbaren bzw unzug nglichen Rest des Un tersuchungsgebietes Sie erlaubten wichtige Schl sse deren Folgerichtigkeit sowohl inner halb jedes Abschnitts als auch ber die Nachbarabschnitte berpr ft wurde Bereits zu einem fr hen Zeitpunkt war ersichtlich dass f r die Planung differenzierter Massnahmen zwischen den Felsaufschl ssen und dem lockergesteinsbedeckten Zwischengel nde zu unterscheiden war 12 3 Gesicherte Erkenntnisse In der zweiten Phase der Untersuchung ging es darum alle bisherigen Erkenntnisse zusam menzutragen Hierzu wurden s mtliche registrierten Ereignisse ausgewertet die topopraphi schen Verh ltnisse sowie die Felsstruktur und Hydrogeologie aufgenommen sturzgef hrdete Felsk rper dentifiziert lok
331. lichter Bericht 10 3 AUMANN G 1994 Aufbau qualitativ hochwertiger digitaler Gel ndemodelle aus H henlinien Diss Techn Univ M nchen 10 4 BURCKHART P MATHUR A 1996 Digitale Grundlagedaten f r den Tiefbauingenieur Schw Ing und Arch SI A 41 Z rich 10 5 ABDERHALDEN H 2001 Programmeinf hrung AutoCAD Land Development Desktop Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht 10 6 AUTOSURF 13 1996 Manuel d utilisation PcVision vol 1 Vittel Cedex 10 7 AUTOTERRAIN 1 4 1996 Benutzerhandbuch L amp W CAD Systeme Filderstadt 10 8 BR NDLI M 1998 Einf hrung in die digitale Erfassung und Modellierung geologischer Daten Jn NDK in angewandten Erdwissenschaften Digitale Erfassung und Modellierung geologischer Da ten Hrsg Oddson ETH Z rich 10 9 BUNDESAMT FUR LANDESTOPOGRAPHIE 2001 DHM25 Das digitale H henmodell der Schweiz Level 2 Wabern 10 10 REQUICHA A VOELCKER H 1983 Solid modeling current status and research directions IEEE Comp Graphics and Applic 3 10 10 11 M NTYL M 1988 An introduction to solid modeling Computer Science Press Rockville 10 12 FRITZ P BERGAMIN ST 2003 Computerprogramm AutoBlock zur Stabilit tsanalyse von Felsb schungen und Felsfundationen aufgrund eines digitalen Gel ndemodells Mitteilung 146 SGBF Fr hjahrstagung Z rich 10 13 PRESS D E HALLIDAY
332. liefern Safety factors of slopes already existing are not known neither are safety factors for foundations It is impossible to know the safety factor It is known that some slopes are stable and some are not so that we have an idea of limiting cases it is true but we have a very poor idea of actual safety factor in existing structures 7 54 116 8 Sicherheitsdefinition Nach der eingehenden Analyse des Problems steht nun seine Beurteilung an Dies geschieht mit Hilfe von Untersuchungsmethoden die den Benutzer in zweifacher Weise unterst tzen Zum einen helfen sie aus der Menge eingef hrter Parameter alle essentiellen Einflussgr ssen herauszusch len zum andern lassen sich damit die Auswirkungen kleiner Abweichungen auf das mechanische Verhalten sichtbar machen Als Messwert dient der Sicherheitsfaktor ber dessen Definition wir uns zuerst Rechenschaft ablegen wollen Die Gleitstabilit t eines potentiellen Bruchk rpers gilt als nachgewiesen wenn f r den un g nstigsten kinematisch zul ssigen Mechanismus der Widerstand an seinen Gleitfl chen gr s ser ist als die Beanspruchung aus usseren Einwirkungen Kapitel 4 4 3 Dies setzt voraus dass man den ung nstigsten Versagensmechanismus identifiziert die Auswirkungen E sowie den Widerstand R m Felsfundament korrekt bestimmt und durch Gegen berstellung der Wer te belegt dass man sich vom idealisierten Bruchzustand auf Distanz halt 8 1 F r den Si cherheitszuschlag
333. linie Lagekugel N 1 4 7 SL _ W en t 7 i 2 N E Grosskreis p Ss p sS Pr a Z 2 a Sie c S Abb 3 7 Darstellung der Variation am Beispiel der Raumstellung a Definition von Grosskreis und Pol in der fl chentreuen Projektion b Polhaufen c Dichteplan 3 25 3 28 3 1 Form und Gef ge 33 Tab 3 3 Aspekte zur Beschreibung von Trennfl chenscharen 3 22 3 23 3 24 3 25 3 26 3 29 Eine Trennfl chenschar Verteilung Vorkommen im Raum z B zonar regelm ssig Abstand Normalenabstand zwischen zwei parallelen benachbarten Trennfl chen Abb 3 8 Er h ngt ab von der Gesteinsart und der M chtigkeit einer Schicht je dicker desto gr s ser der Abstand Bei einem geringen Abstand spricht man von engst ndigen sonst von weitst ndigen Trennfl chen berlappung L nge des gemeinsamen Abschnittes von zwei parallelen benachbarten Trennfl chen Abb 3 8 Materialbr ckenl nge Richtungsabh ngige L nge des Gesteinsabschnittes zwischen zwei Trennfl chen die nur anhand von Ausbisslinien abgesch tzt werden kann Abb 3 8 Bei der Material br cke kann es sich um den nicht voll durchtrennten Teil einer einzigen Trennfl che den Gesteinsabschnitt zwischen zwei in der gleichen Ebene oder beliebig im Raum an geordneten Trennfl chen handeln Variation Das Variieren der Eigenschaften innerhalb einer Schar kann mit statistischen Masszah len Mittel Extremwerte Streuung usw und dem Verteilungstyp Norm
334. ll Einheit Bauwerk Untergrund Fall Il L Staumauer Fels Abb 3 1 Gegenstand der Beschreibung Im Fall I befasst man sich mit dem Grossbereich im Fall II mit den beiden Hauptbestandteilen und im Fall III mit der Matrix 26 3 Beschreibung 3 1 Form und Gef ge Bauwerk und Untergrund weisen eine innere Gliederung auf Sie repr sentiert zum Zeitpunkt ihrer Betrachtung den Zustand vorangegangener Bildungsvorg nge 3 1 Im Fels unter scheidet man je nach Ausdehnung des Untersuchungsgebietes Abb 3 1 zwischen dem Grossgef ge Fall VII und dem Korngef ge Fall III 3 2 Daneben stellt man dem Gef ge begriff auch ein wichtiges Merkmal voran Im Kleinen das Einzelkorn Korngef ge m Grossen d e Fl chen Fl chengef ge Zus tzlich wird auch zwischen dem Prim r und dem Sekund rgef ge differenziert 3 3 Das Prim rgef ge entsteht als erstmalige Bildung aus Schmelzen und L sungen das m festen Zustand durch tektonische Einwirkungen oder die Verwitterung zu einem Sekund rgef ge tektonisches Gef ge umgeformt werden kann Trennfl chen sind schmale Zonen mit einer sprunghaften nderung der Materialeigenschaf ten 3 6 Sie kommen sowohl im Untergrund als auch im Bauwerk vor und lassen sich in die in Abbildung 3 2 dargestellten Gruppen unterteilen 3 4 Eine effektive Trennfldche ist eine Fl che im Raum die lokal den Zusammenhalt in einem Bereich aufhebt
335. ll ein gr beres Dreiecksnetz konstruiert das auf Querprofilen n einem Abstand von 2 5 5 m basierte Die resultierenden Volumenmodelle pro Teilbereich sind in Abbildung 12 19 b dargestellt Eine berpr fung der Genauigkeit ergab dass der Unterschied im Vo lumen zwischen dem detaillierten und dem vereinfachten Modell weniger als 5 betrug Die Untersuchung des Fl chengef ges insbesondere auch dank der Visualisierung in einer Kugeldarstellung gem ss Abbildung 12 9 liess die Trennfl chenscharen K1 K2 S1 und S2 als die massgebenden erkennen Sie wurden in den digitalen Teilmodellen von Abbildung 12 19 b eingef hrt wobei man von ebenen durchgehenden Trennfl chen mit regelm ssigen Abst nden ausging AutoBlock bestimmte n der Folge durch sukzessive Kombination aller definierten Trennfl chen kinematisch m gliche potentielle Bruchk rper Dies bedingt dass jede Bruchfl che entweder an der Felsoberfl che ausbeisst oder durch weitere Bruchfl chen begrenzt wird Zwecks Vereinfachung wurden nur Bruchk rper bestimmt die durch eine bis drei Trennfl chen begrenzt waren Auf eine Betrachtung von K rpern mit vierteiligen Be grenzungsflachen wurde verzichtet Ausserdem wurde AutoBlock angewiesen resultierende Bruchk rper mit einem Volumen unter 0 5 m nicht weiter mitzuf hren da diese als nicht relevant beurteilt wurden und berdies m Unsch rfebereich der Datenerfassung lagen In den Abbildungen 12 20 und 12 21 sin
336. ll keine Lage nderungen von Felsk rper denkbar w ren k nnten dennoch 1m Laufe der Zeit Materialbriicken durchtrennt und dadurch neue Bruchk rper mit anderen kinematischen Freiheitsgraden gebildet werden 5 26 Dies zwingt den Ingenieur systematisch alle m glichen Mechanismen zu untersuchen Da die Bewegungen nicht nur von den geometrischen Verh ltnissen sondern auch von den am potentiellen Bruchk rper angreifenden Kr ften abh ngen treten nicht alle kinematisch m glichen Bewegungen auch tats chlich auf Aus diesem Grunde sollen im n chsten Kapitel die Einwirkungen im Zentrum unserer Ausf hrungen stehen Abb 5 21 Je ein Beispiel f r einen potentiellen Bruchk rper samt Translation m im Felsuntergrund einer a Gewichtsmauer b Pfeilerkopfmauer und c Bogenmauer x One must bear in mind that higher order modes can co exist with the simpler ones and a prudent investigation would consider all probable behaviors However the simplest mode that is consistent with the geotechnical model of a rock slope is presumed to be the most likely mode and merits first attention 5 26 6 Einwirkungen Einwirkungen s nd am Tragwerk angreifende mechanische andere physikalische chemische und biologische Einfl sse Kap 4 1 welche auf die Ausf hrung die Nutzung oder die Um welt zur ckgehen 6 1 Wir fokussieren uns hier auf die mechanischen Einwirkungen also Lasten deren idealisierte Wirkung aus dem Lastmodell hervorgeht
337. lletin 7 STK 2006 Die Felsfundationen schweizerischer Betonsperren Ubersicht tiber die Fundationsver haltnisse Arbeitsgruppe Fundation Baden PEDRO J O 2000 Arch dams designing and monitoring for safety CISM Courses and Lectures No 367 Springer Wien RESCHER O J 1981 Geomechanische Modelluntersuchungen f r die Gr ndung von Talsperren Rock Mech Rock Engng 14 3 Springer Wien FRANKLIN J DUSSEAULT M 1989 Rock engineering applications McGraw Hill New York LIN C T AMADEI B ILLANGASEKARE T KO H Y 1992 Centrifuge modeling of dams founded on fractured and jointed rock masses In Fractured and Jointed Rock Masses Ed Myer Cook Goodman amp Tang A A Balkema Rotterdam ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris CARRERE A NURY C POUYET P 1987 Un modele tridimensionnel non lin aire aux l ments finis contribue a valuer la convenance du site g ologiquement difficile de Longtan en Chine au support d une vo te de 220 m tres de hauteur In Proc 6 Int Cong on Rock Mech vol I Mon tr al GOODMAN R E TAYLOR R L BREKKE T L 1968 A model for the mechanics of jointed rock J Soil Mech Found Div ASCE 94 3 EBERHARDT E STEAD D COGGAN J S 2004 Numerical analysis of initiation and progressive failure in natural rock slopes the 1991 Randa rockslide Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 41 NEGRASSUS F Z
338. lonnen weisen alle mindestens an einer Stelle den gleichen Vertikal schnitt wie die oberste auf Die oberen Zeilen stellen einen Sonderfall der untersten dar 5 23 Abbildung 5 12 stellt Bruchk rper in einer r umlichen Darstellung zusammen die bestimm ten Gesetzm ssigkeiten gehorchen So lassen sich beispielsweise die abgestuften Formen der rechten Kolonne auf einfachere weiter links zur ckf hren ein Vorgehen welches angesichts der Formenvielfalt in der Realit t hilfreich ist Die mittlere Kolonne weist die Besonderheit auf dass sich die Felsk rper trotz Einf hren einer weiteren Trennfl che nur unwesentlich von jenen in der linken Kolonne unterscheiden Die komplexe Bruchk rperform von Abbildung 5 12 i legt nahe auf einen Entwurf von Kontaktfl chen aus mehr als vier Scharen zu verzich ten Eine weitere Verfeinerung l sst keinen massgebenden Erkenntnisgewinn erwarten Eine abgestufte Kontaktfl che wie in Abbildung 5 11 setzt sich aus bereits vorhandenen Fehl stellen und neu gebrochenen Materialbr cken zusammen 5 24 Kann man die Abstufung This mode of failure may tend to occur when the set involved in shear has less than 100 persistence Downstepping will tend to develop such that only a minimum percentage of the resulting shear surface passes through intact rock The persistence of a potential failure surface will normally be higher than that along planes or bands parallel to a single set unless the latter have 100 pers
339. ltaneously current geotechnical practice is to ignore the effect of the vertical acceleration on the calculated factor of safety 6 23 In der Schweiz betrug die Horizontalbeschleunigung meist 0 1 g vereinzelt 0 2 g und einmal 0 45 g Eine vertikale Er satzbelastung mit 50 der Horizontalkomponente ber cksichtigte man nur in wenigen F llen 6 11 Im Epizentralbereich des Miyag Erdbebens vom 26 07 2003 in Japan wurden z B bei einem Ereignis mit M 5 5 Spit zenbeschleunigungen von 2 04 g a bzw 0 6 g a beim eigentlichen Hauptbeben M 6 2 1 64 g a bzw 1 27 g a registriert die man auf eine Verst rkung im Oberfl chenbereich zur ckf hrte 6 17 84 6 Einwirkungen 6 3 Wasser Um den vollst ndigen hydraulischen Zustand eines durchstr mten Untergrundes zu erfassen m ssen in jedem Punkt der Berandung das hydraulische Potential und die Durchl ssigkeits beiwerte n allen Richtungen bekannt sein Ist diese Voraussetzung erf llt so lassen sich alle Fragen nach der Druckverteilung oder nach durchstr menden Wassermengen durch die L sung der Differentialgleichung f r die Sickerstr mung beantworten F r ein r umliches Un tersuchungsgebiet mit beliebiger Anordnung der Randbedingungen ist dies nur durch Anwen dung eines numerischen Verfahrens m glich Aus dem Potentialfeld werden sodann die vom Wasser an die potentiellen Bruchk rper abgegebenen Kr fte ermittelt Im Fels st indes d e oben erw hnte Beding
340. lung der unbeschr nkten und beschr nkten physikalischen Wirkung von Einzelkr ften Zus tzlich sind alle unzul ssigen und zul ssigen Einzelkr fte mit Wirkungsbe reich und l nge zusammengestellt e Unbeschr nkte Wirkung Ai resp Aip und die Richtung definieren die Wirkungslinie des Kraftvektors K Diese Gerade durch den Angriffspunkt A weist dem Kraftvektor die Rich tung Abb 10 12 Wirkt die Kraft in der vorgegebenen Richtung ist das Vorzeichen posi tiv K sonst negativ K Aj ist der n chstgelegene Durchstoss oder Ber h rungspunkt der Wirkungslinie mit der Bruchk rperoberfl che wobei K ausserhalb liegt Abb 10 11 Eine Projektion der Kraft auf die Felsoberfl che beeinflusst nur die Darstel lung nicht ihre rechnerische Ber cksichtigung e Beschr nkte Wirkung A resp Aip und die Richtung definieren den Wirkungsstrahl des Kraftvektors K Wie bei der Wirkungslinie weist der vom Angriffspunkt ausgehende Strahl dem Kraftvektor die Richtung Abb 10 12 Die eingangs erw hnte Beschr nkung ergibt sich durch Vorgabe eines Wirkungsbereichs oder einer Wirkungsl nge Unter einem Wirkungsbereich versteht man die ab dem Angriffspunkt A resp Ai gemessene Zone 1n nerhalb derer der n chstgelegene Durchstoss oder Ber hrungspunkt Aj des Wirkungs Etwa in Ecken und Kanten oder wenn die Wirkungslinie mit der Ebene der Kontaktfl chen zusammenf llt 154 10 AutoBlock strahls mit der Bruchk rperoberfl che als zul s
341. m Schwerpunkt des Bruchk rpers zusammenfassen WARBURTON 6 63 analysiert das Problem mit Hilfe der Vektorgeometrie und stellt ein Ablaufschema zur Verf gung 7 Festigkeit Die Relativbewegung zwischen Felsuntergrund und Bruchk rper findet manchmal entlang einer einzigen effektiven Trennfl che statt Viel h ufiger folgen die Gleit und Abl sefl chen partiell gef llten Trennfl chen die an Materialbr cken absetzen Die Natur der Fehlstellen und intakten Gesteinsabschnitte bestimmt die Grenze der Widerstandsf higkeit gegen mecha nische Beanspruchung Die Scherfestigkeit wirkt den Scherkr ften entlang den Gleitflachen die Zugfestigkeit den Zugkr ften in den Abl sefl chen entgegen Letztere wird wegen der Streuung kaum in Rechnung gestellt 7 1 Bruch tritt ein wenn die potentielle Gleitflache der am Felsk rper angreifenden Gesamtresultierenden keine gen gende Reaktionskraft mehr ent gegenstellen kann Bilden sich zun chst nur rtliche Bruchfl chen die sich durch Spannungs umlagerung stetig ausbreiten so spricht man von einem progressiven Bruch Kennzeichnend ist eine konstante oder steigende Verformungsgeschwindigkeit ohne dass die Geometrie des Bruchk rpers oder eine ussere Kraft ndert F r die Festsetzung von Kennwerten muss zun chst das Scherverhalten von Gestein Trenn fl chen und F llung ermittelt werden Dies geschieht anhand von Versuchen Die dabei beo bachteten Verhaltensweisen werden durch ein Modell
342. m Staubecken lagern sich mit der Zeit Sedimente ab die zu einer kompletten Verlandung f hren k nnen Solche Ablagerungen z T als Schlamm An Verlandungs druck bezeichnet stellen eine Auflast dar die auch horizontal mit bis zu 13 5 kN m wirkt Ihr Betrag st anhand der r umlichen Ausdehnung und einem erh hten Raumge wicht von 26 30 kN m in Ansatz zu bringen Bei niedrigeren Sperrenk rpern ist ein Au genmerk auf pl tzliche Murg nge nahe dem seeseitigen Mauerfuss zu richten 6 4 6 6 e Schnee Eis In der kalten Jahreszeit k nnen je nach geographischer Lage Schnee und Eis ablagerungen das Tragwerk belasten Der Betrag dieser Auflast ist jedoch gering e Nebenanlagen Dazu z hlen Lasten aus Betriebseinrichtungen z B ein Turbinenhaus e Diverse Je nach Stauanlage m ssen z B auch Verkehrslasten auf der Mauerkrone in die berlegungen miteinbezogen werden Die zugeh rigen Annahmen sind in der Norm 261 6 2 dargelegt Beim Raumgewicht ist zwischen y trocken v ges ttigt und v y unter Auftrieb zu unterscheiden 6 2 Erdbeben 81 6 2 Erdbeben Erdbeben sind Ersch tterungen 1m Untergrund von sehr kurzer Dauer Sie treten ohne Vor warnung auf Nat rliche Erdbeben werden durch tektonische Vorg nge Vulkanismus einen Einsturz oder Anprall k nstliche durch den Berg oder Talsperrenbau sowie Explosionen ausgel st 6 8 Die meisten und folgenschwersten Beben h ngen mit Bruchvorg ngen in d
343. m gewundenen Verlauf wechseln steilere Abschnitte Stufen mit flacheren die h ufig mit Talbecken zusammenfallen 2 2 Stauanlage Eine Stauanlage ist ein k nstlich hergestellter Oberflachenspeicher f r Wasser Schnee Eis Schlamm und Geschiebe Sie besteht aus einem Sperrenbauwerk und dem oberhalb gelege nen durch die Talflanken oder Damme begrenzten Staubecken Abb 2 1 Der Stauraum ge stattet einen bestimmten Ausgleich zwischen den Zu und Abfl ssen dessen Mass von den Anforderungen abh ngt So w ll man n der Nutzwasserwirtschaft das Wasserdargebot auf die Talsperre Flusssperre ae Talflanke _ a Stauhaltungs Staubecken en d mme k Sperrenbauwerk Fluss 1 ee x a ese Fluss 2 ur Sperrenbauwerk pO stars we a A ee we une Talflanke Stauziel Stauziel v Talsperre nn aaa Staubecken Stauziel Flusssperre T rn Talflanke Stauhaltungs _ damme Fluss Abb 2 1 Tal und Flusssperre im Grundriss L ngs und Querschnitt 2 1 10 2 Grundlagen Nachfrage abstimmen in der Schutzwasserwirtschaft gefahrliche Zuflussspitzen auf ein un sch dliches Mass d mpfen 2 2 Stauanlagen dienen daher nicht nur zur Energieerzeugung Wasserversorgung Bew sserung Fischzucht Seeregulierung etc sondern auch zum Schutz vor Naturgefahren Oft erf llen sie mehrere Aufgaben gleichzeitig indem einerseits Wasser aufgestaut andererseits mitgef hrtes Material zur ckgehalten und d
344. messungen und Oberflacheneigenschaften der Trennflachenprobe ab 7 15 Je niedri ger die Normalspannung desto gr sser ist der Abfall vom Hochst zum Restwert Systemati sche Untersuchungen an Trennfl chen ergaben dass mit wachsender Scherflache die H chst festigkeit ab und die zugeh rige Scherverschiebung zunimmt 7 16 7 17 Laborversuche zeigen damit eine eher bertriebene H chstfestigkeit bei zu geringen Verschiebungswegen Beim oberfl chennahen Abgleiten eines Felsk rpers wird die Dilatanz in der Gleitfl che nur durch die Normalkraftkom ponente der Gesamtresultierenden behindert 104 7 Festigkeit Die Restfestigkeit st unab BS hangig von den Abmessun un gen und Oberfl cheneigen schaften der Trennfl chen Se SS probe da alle Unebenheiten abgeschert s nd 7 15 Der 4 an das Normalspannungsni veau gebundene Minimal wert stellt sich nach langem Scherweg ein Im Labor mag dies nach wenigen Millime tern bis Zentimetern der Fall sein 1m Feld kommen Unebenheiten in einem anderen Massstab ins Spiel 7 13 Die Kurve f r die Dilatanz weist gleichzeitig eine horizontale Tangente auf Abb 7 5 Die Richtung der Scherkraft S beeinflusst den Betrag der Scherfestigkeit 7 4 Beim direkten Scherversuch k nnen vorgegebene Normal und Scherkr fte sowie die Scher geschwindigkeit unabh ngig von einander gemessen und gesteuert werden 7 9 Unterschie de in der Aussagekraft der Versuche bestehen dennoch
345. mit einer un bersichtlichen Vielfalt von Bruchk rperformen konfrontiert Die Kontaktfl che kann sein a Eben b Gekriimmt c Abgetreppt Bruchstaffel d Konvex e Konkav f Abgetreppt Kluftstaffel 5 22 e Sedimentgesteine Materialbr cken reissen bevorzugt in Richtung der gr sseren Spaltbar keit auf konkret entlang von Schichtfugen und senkrecht dazu oftmals stufenf rmig e Metamorphe Gesteine Hier ist auf Schieferungsfugen zu achten Fl chengef ge Mit zunehmender Anzahl Scharen und Einzelfl chen erh ht sich die Vielfalt und Komplexit t der Bruchk rperformen Dies belegen die Abbildungen 5 9 und 5 10 an ebenen Schnitten Ausserdem er geben die jeweilige Form und Kombination der Ein zelfl chen verschiedenar tige Kontaktfl chen Spe ziell un bersichtlich wird die Annahme einer be stimmten Form wenn pro Schar mehrere Trennfl chen Verwendung finden d h Stufen vorkommen Abb 5 10 c f 5 11 Abb 5 11 Kontaktfl che mit ebenem rechts und abgestuftem Be reich links im Steinbruch Fallenbach Bild IGT 70 5 Kinematik py a b c d e f g h i Abb 5 12 Zusammenstellung von zunehmend komplexeren Bruchk rperformen In der linken und mittleren Kolonne werden die Bruchk rper durch je eine Trennfl che in der rechten Kolonne durch viele Trennfl chen pro Schar abgegrenzt Anzahl Scharen 1 a 2 b d 3 e g 4 h 1 Die Kombinationen in den Ko
346. mstellung geht aus Abbil dung 14 4 hervor Mit Ausnahme von S K und K ist n rgends mit Trennfl chen grosser Er Druckstollen 1932 m M v Lf 4 J 4 Reno F y J J f I Entlastungsstollen Umlaufstollen Grundablass Kronenl nge 690 m i mit seitlicher Erweiterung Abb 14 2 Situation luftseitige Ansicht Abwicklung und Querprofil der Staumauer Valle di Lei 14 1 Untersuchungsgebiet 215 Linke Talflanke Abb 14 3 Aufschluss an der luftseitigen linken Talflanke Abb 14 4 Darstellung der Umh llenden aller Pole pro Trennflachenart in der Lagenkugel 14 3 streckung selten gt 50 m oder gar St rzonen zu rechnen 14 3 Im linken Widerlager mach ten einst Anzeichen einer leichten Versackung den Vortrieb von zwei rund 45 m langen Son dierstollen notwendig 14 5 14 6 Der dabei gewonnene Einblick liess indes auf einen aus reichend guten Fels schliessen Die rechte Talflanke und der Talweg mit hren durchwegs g nstigen Fundationsverhaltnissen gaben bisher zu keinerlei Bedenken Anlass Die allgemein grosse Dichtigkeit des Felsuntergrundes ist ein Hinweis f r das Fehlen von ausgedehnten zu sammenh ngenden und offenen Trennfl chen 14 1 2 Bauwerk Der Sperrenk rper in Form einer Kuppelmauer C 24 862 000 m Beton wurde 1958 bis 1960 errichtet 14 7 14 8 Er weist eine maximale H he
347. n ber 2135 m ebenfalls deutlich eal ndert Eine solch berm ssige Erh hung des J Messwertes l sst sich nur durch eine abrupte gt Ver nderung der Durchl ssigkeit erkl ren die T einzig durch das Offnen von Kl ften m glich 2 ist Bei zyklischer Seespiegel nderung be schreiben die Messwerte ebenfalls eine Hyste 0 resiskurve Der bei einem bestimmten Seestand 2090 2110 2130 2150 2170 gemessene Druck ist beim Absenken deutlich h her als beim Aufstau Seestand m M Abb 11 9 Wechselwirkung zwischen der In Abbildung 11 9 werden zum Vergleich f r Kluft ffnung in GM 1 46 m dieselbe Zeitperiode jene Abschnitte der Gleit tief und dem Wasserdruck an mikrometerbohrung GM 1 und Piezodexboh BR ee a rungen PD 1 resp PD 2 dargestellt die sich im u Bereich der akt ven Kluftzone befinden Abb 11 4 7 Die Gerade f r die Messstelle 9 in PD 1 PD 1 9 best tigt dass hier die Kluft per manent offen ist da s e stets den hydrostatischen Wasserdruck entsprechend dem jeweiligen Seestand anzeigt Die dimensionslosen Dehnungen bzw Dr cke der brigen zwei Messstellen weisen folgende interessante bereinstimmung auf Bei einer Seespiegelh he von 2130 m ist ein markanter Knick festzustellen wobei die gemessenen Dehnungen in GM 1 langsamer an steigen als die Wasserdr cke bei PD 2 8 Bei Letzterer entspricht der gemessene Wasserstand ab einer Seekote von 2150 m M exakt dem Seestand Zwischen Kluft ffnung
348. n supported finite slopes there was some early work by COLLIN 1846 followed in the 1920 s by the development of the Swedish i e FELLENIUS method The most exhaustive stability studies for uniform soil slopes were subsequently carried out by TAYLOR in which he also considered conditions of seepage and drainage 9 32 Gem ss Kapitel 5 1 1 beschr nken wir uns hier auf monolithische Bruchk rper mit einer ebenen Gleitfl che Die Erfah rung zeigt dass Instabilit ten im Fels wegen dem Fl chengef ge oft auf Gleitebenen polygonaler Form stattfinden Dies ist nur dann m glich wenn sich im Bruchk rper eine gen gende Anzahl von internen Scherfl chen ausbilden kann Im Staumauerbau hat man deshalb auch schon die ebenen Verfahren von JANBU oder MORGENSTERN amp PRICE angewendet z B bei den Gewichtsmauern Albigna CH und Mahoning US oder der Bogenmauer Kafu ZM 9 2 Berechnungsmodelle 135 Zus tzlicher Aushub j G w j Fundamentlast auf die pot Bruchk rper bei Hochwasser g Horizontalkomponente l A Fundamentlast auf die pot Bruchk rper bei Vollstau 2 Horizontalkomponente j e 0 2000 4000 6000 MN Pot Bruchk rper A C 0 20 40 60 80 2089 2060 040 Zugangsstrasse auf H he 1945 a _ Abb 9 7 Rechtes Widerlager der Bogengewichtsmauer Katse ZA 5 potentielle Bruchk rper A C D E die mit dem Programm TETRAROC nach der Methode von LONDE untersucht wu
349. n zelabschnitten Mit einer solchen Vorgehensweise vom Grossen zum Kleinen wird gew hr leistet dass mit gr sster Wahrscheinlichkeit relevante Informationen nicht bersehen werden Hauptgegenstand der Darstellung bilden der generelle Verlauf der Gel ndeoberfl che z B metrische Erfassung Form Steilheit Einschnitte und der Strasse sowie markante Stellen berdies werden neben der Beschaffenheit des Untergrundes Fels Lockergesteins Vegeta tionsart mit r umlicher Ausdehnung auch Wasseraustrittsstellen vermerkt Die beim Bau der Strasse 1910 urspr nglich kahle Felsoberfl che ist heute mehrheitlich von einer vermutlich d nnen Lockergesteins und Humusschicht bedeckt weshalb von einer flachgr ndigen Vegetation auszugehen ist Gr ssere Wasseraustrittsstellen oder B che s nd nicht bekannt Einige kleine Quellen f hren auch nach l ngeren Trockenperioden noch Was ser andere springen nur bei starken Niederschl gen an 180 12 Bristenstrasse 12 3 3 Fels Beim Gestein handelt es sich um einen Biotit f hrenden Chlo r t Serizitgneis Im unteren Bereich des Untersuchungsgebietes berwiegen die geb nderten grobbankigen bis massigen Ty pen gegen oben beobachtet man eine anteilm ssige Zunahme der schiefrigen Ausbildungen Die gesteinsbildenden Minera lien sind Feldsp te und Quarz Untergeordnet und in variablen Anteilen sind auch Glimmer Chlorit und Biotit vorhanden Struktur und teils grobk rnig teils feink rnig glimme
350. n zugeordnet werden konnen Ausgehend vom ungestorten Zustand Primarspannungszustand lassen sich beliebige zeitlich aufeinander folgende Bauzustande und Betriebszustande rech nerisch simulieren Die Schwierigkeiten bei der Anwendung solcher Methoden liegen haupt s chlich dar n die f r den Baugrund zutreffenden Stoffgesetze zu erarbeiten bzw zu ber ck sichtigen Im Prinzip ist es m glich lineares und nichtlineares sowie elastisches und plasti sches Spannungs Dehnungsverhalten Zeitabhangigkeit Ver und Entfestigung Volumenver minderungen und anderes mehr durch spezielle Stoffgesetze zu erfassen Auch die Abbildung von beliebig geformten Strukturen Inhomogenitaten komplizierten Randbedingungen oder gekoppelten Prozessen bietet keine grundsatzliche Schwierigkeit Fur kurzere Rechenzeiten lassen sich die Methoden sogar miteinander kombinieren 9 23 m A c ANA V eo Vom Prinzip her erscheint ein Kontinuumsmodell geradezu ideal um Stabilitatsprobleme zu untersuchen Das Programm findet den kritischen Mechanismus selbst bei komplizierten Ver h ltnissen automatisch Es ermittelt beginnend bei einem Ausgangszustand die sich bei zunehmender Belastung bildenden Fliesszonen bis hin zu einem Grenzzustand Die Vorgabe eines Bruchk rpers ist nicht erforderlich Da sich gleichzeitig auch die Verformungen berech nen lassen kann der Versagensfall entweder nach dem Kriterium unerlaubter Verformungen oder durch Err
351. n Als Varianten kommen nur der Bau einer Galerie oder eines Umfahrungstunnels in Frage Beiden L sungen gemein ist der Vorteil dass Bauarbeiten ausschliesslich im Strassenbereich auszuf hren sind und die Dauerhaftigkeit bei geringe rem betrieblichen Unterhalt h her ist Im Hinblick auf das Energieaufnahmeverm gen ei ner Galerie von 3 000 kJ nach 12 16 12 17 12 18 darf festgehalten werden dass die 196 12 Bristenstrasse Bemessungswerte von 10 000 kJ eine wirtschaftlich vertretbare konstruktive Gestaltung kaum zulassen Ein mindestens 250 m langer Tunnel erweist sich damit als zweckm ssige L sung zur Umgehung der Gefahrenzone im stlichsten Teil des Untersuchungsgebietes 12 6 Schlussfolgerungen Bei der vorliegenden Studie hat sich ein streng methodisches Vorgehen infolge der langen m ss gen Erstreckung der Strasse und der fl chenm ssigen Gr sse des Untersuchungsgebietes als notwendig erwiesen Die umfassende Dokumentation des angetroffenen Zustandes der Felsb schung schaffte die Voraussetzung f r die Planung der vorgeschlagenen Massnahmen und erlaubt ihre schrittweise Umsetzung Das nicht nur punktuell sondern breit angelegte Si cherungskonzept gew hrleistet eine wesentliche Erh hung der Sicherheit bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand Trotz den systematischen bis in Einzelheiten gehenden felsmechanischen Untersuchungen m ssen d e vorgelegten Erkenntnisse mit einem gewissen Vorbehalt betrachtet werden Der teilwe
352. n In Wirklichkeit sind im Nahbereich der Gr ndungsfl che einer Staumauer h here im luftseitigen Bereich des Felsfundaments sehr viel geringere Normalspannungen zu erwarten Entlang einer gewellten potentiellen Gleitfl che w ren damit zwei unterschiedliche Brucharten m glich Unter geringer Normalspannung ein Aufgleiten der Trennfl chenr nder bei hoher Normalspannung ein Abscheren der Unebenheiten Folg lich m sste der berwiegende Teil des Scherwiderstandes aus dem Felsbereich nahe der stark beanspruchten Kontaktzone stammen 7 4 Bruchmechanismus Erfolgt die Bewegung des potentiellen Bruchk rpers auf zwei Gleitflachen so kann deren Auspr gung sehr verschieden sein z B die eine Gleitflache ist abgetreppt die andere f llt mit einer Scherzone zusammen Im Falle einer stark abweichenden Scherfestigkeit k nnte der h here Scherwiderstand der einen Gleitfl che gar gen gen den potentiellen Bruchk rper zu stabilisieren Andernfalls muss gew hrleistet sein dass m Bruchzustand der innere Wider stand beider Gleitfl chen gleichzeitig ausgesch pft wird 7 3 Scherparameter 113 Wasser Das Bergwasser mindert den Scherwiderstand des Untergrundes durch eine Verringerung der effektiven Normalspannung o o u 7 35 Ferner kann je nach Gestein oder F llung eine Reduktion der Scherparameter c und eintreten Eine geringere Kohasion und Reibung durch Aufweichen oder Auslaugen stellt man vor allem bei wasserges ttigten
353. n der Komplexit t der realen Tragwerke nur in groben Z gen gerecht werden Vor allem we gen der vielen nur ann hernd bekannten Einflussgr ssen verbleibt eine respektable Restun sicherheit 1m Grenzbereich des mo dellm ssig Erfassbaren Es liegt so mit auf der Hand im Sperren und 15 Fazit 231 Tab 15 1 Gegeniiberstellung von Modellierung Kap 2 6 und Messung 15 1 Gr ndungsk rper verschiedene Messgr ssen zu beobachten wie dies in der Schweiz bereits Usus st Kap 2 5 Die messtechnische berwa chung soll Abweichungen vom er warteten Tragwerksverhalten offen legen damit allf llige Gefahren fr h zeitig erkannt und Gegenmassnah men ergriffen werden k nnen Das Beispiel Albigna Kap 11 3 lehrt jedoch dass solche Beobachtungen zwar real t tsnahe Messresultate liefern Tab 15 1 die Realit t aber nicht zwangsweise auch leichter verst ndlicher machen Erst eine Kombination von Modellierung und Messung bringt die angestrebte Kl rung 15 1 e Unzul nglichkeiten Wenig Ablesewerte Unsichere Verfahren e Unzul nglichkeiten Wenig Grundlagedaten Unsichere Annahmen e Resultate Realit tsnah Unverst ndlich nur beschr nkt kausal e Ergebnisse Hypothetisch Verst ndlich kausal Das Zusammenwirken zwischen Theorie Modellierung und Praxis Messung ist indes viel subtiler als f r gew hnlich sichtbar wird Es w rde sich deshalb lohnen eine strengere Vor
354. n f r einfachen Datenaustausch kurze Ein arbeitungszeit andererseits kosteng nstig sein Da mehrere Produkte beide Auflagen erf ll ten konzentrierten wir uns auf das AutoCAD Land Development Desktop von Autodesk Neu entwickelte Programme m ssen einem Testprocedere Abb 10 14 unterworfen werden Im vorliegenden Fall berpr fte man die Korrektheit anhand nachgerechneter Beispiel aus der Fachliteratur sowie durch Resultatevergleich mit anderen Programmen Die Anwendung an komplexen Fallbeispielen aus der Praxis deckte weitere Schwachstellen auf Nach ihrer Be reinigung konnte schliesslich die Zuverl ssigkeit des Programms nachgewiesen werden Di verse R ckmeldungen aus der Praxis u a anl sslich des Tages der offenen T r an der ETH Definition Jede Teilfl che der Bruchk rperoberfl che ist Bestandteil des Felsk rpers 10 3 Vorgehen 155 Ziel berpr fung der Teilprogramme des Gesamtprogramms auf Art des Ein Ausstiegs Gestaltung der Dialogfelder Dateneingabe anzeige ausgabe Konsistenz Ziel berpr fung von Teilprogrammen einzeln kombiniert auf Einfache Korrektheit au Darstellung Fallbeispiele Bedienungsfreundlichkeit Grosse Datenmengen Ziel berpr fung des Gesamtprogramms anhand anschaulicher Beispiele aus der Praxis auf Schwachstellen Komplexe Fallbeispiele St rken z B Visualisierung Abb 10 14 Gliederung des Testprocederes f r AutoBlock 10 2 Z
355. n zonen Meist d skordant verlaufende Trennfl chen mit einem erheblichen Versatz m km Die Richtung der Relativbewegung erlaubt eine grobe Einteilung Auf Ab berschiebung etc Im Gegensatz zur einzelnen St rungsfl che besteht eine Zone aus mehreren parallelen eng beieinander liegenden oder sich schneidenden Trennfl chen mit eingelagerten aus dem Nachbargestein herausgebrochenen Gesteinsk rpern Die Fl chen sind nur ber eine kurze Strecke eben gekr mmte oder unregelm ssige Formen sind blich 3 35 Oft beobachtet man einen usseren stark zerkl fteten und eine zentralen mm bis m dicken gef llten Bereich Tab 3 5 Glatte Harnische zeigen durch ihre Strie mung die Richtung der Relativbewegung an 3 30 e Scherfl chen zonen D nne Bereiche schw cheren Materials mit sichtbarer Relativbewe gung cm m der benachbarten Schichten Obschon diese Trennfl chen in jeder Gesteins art m glich sind kommen sie v a im Sedimentgestein Schichtfuge und im metamor phen Gestein Schieferungsfuge vor 3 37 3 38 Sie verlaufen mehrheitlich konkor dant k nnen aber auch Schichtung und Schieferung durchbrechen z B als Gleitfl chen alter Rutschungen 3 17 Scherfl chen und zonen erstrecken sich ber sehr weite Distan zen und zeigen Anzeichen von Harnischen Ihre M chtigkeit kann Millimeter bis Meter betragen und lokal variieren 3 39 Kl fte Kl fte sind Trennfl chen ohne sichtbare Hinweis
356. n AutoBlock eingef hrt Es ist erw hnenswert dass der Wasserdruck in den Gleitfl chen mit Annahme einer Vereisung etwa doppelt so gross war wie ohne Die Scherparameter Reibungswinkel und Koh sion c werden blicherweise anhand von La borversuchen bestimmt Eine Extrapolation auf den Massstab 1 1 ist aber sehr schwierig und unsicher Sie sollten deshalb wenn immer m glich durch R ckrechnungen anhand beo bachteter Instabilitaten unter hnlichen Verh ltnissen eingegrenzt werden Da beim vorliegen den Projekt der Einfluss einer Variation des Reibungswinkels bereits fr her untersucht wor den war ging man bei der neuen Stabilit tsuntersuchung von einem vorsichtig gesch tzten Wert von g 30 aus Die Koh sion wurde zwischen O und 50 kN m variiert Die Unsicherheiten bei der Festlegung der Scherparameter werden im Entwurf ber cksichtigt und k nnen mit konstruktiven Mitteln auf ein akzeptables Niveau gebracht werden Im Folgenden werden kurz einige Ergebnisse der Stabilitatsberechnung samt Sensitivit tsana lyse f r die potentiellen Bruchk rper 1 und 2 von Abbildung 12 21 b diskutiert In Abbil dung 12 24 ist pro Block der Sicherheitsfaktor gegen Abgleiten in Abh ngigkeit des mittleren Wasserdrucks aufgetragen Die oberen vier Kurven gelten f r eine Koh sion von c 50 kN m f r die unteren beiden Kurven wurde die Koh sion vernachl ssigt Der Was serdruck wirkt gem ss Abbildung 12 23 in der Abl sefl che SI und den
357. n Gel ndemodell finden kann die unter Umst nden einer zielgerichteten Untersuchung im Wege stehen Aus diesem Grund bietet das Programm die Option ausgesuchte potentielle Bruchk rper f r den weiteren Berechnungsgang zuzulassen bzw die andern davon auszuschliessen Die unterschnittene Felsoberfl che n Ab bildung 12 11 siehe auch Hintergrund von Abb 12 14 weist eine konvexe Plan resp leicht konvexe Profilkurvatur auf Eine sol che Gel ndeform bietet sich an um keil formige Bruchk rper mit einer steilstehen den Schnittlinie der Kontaktfl chen zu be stimmen Die Resultate eines Berechnungs gangs sind in Abbildung 12 16 dargestellt Es handelt sich um Ausbisslinien von 25 potentiellen Bruchk rpern mit einem jewei ligen Volumen unter 20 m welche die in der Legende vorgegebenen kinematischen Bedingungen erf llen Grenzt man zus tz lich die Ausbissl ngen z B auf 10 5 m pro geringf gige Unterschiede im Volumen 3 in der Felsoberfl che 13 und in der Begrenzungsfl che 3 6 je nach Teilfl che Die Sicherheitsfaktoren waren bei identischen Annahmen bei beiden Gel ndemodellen gleich Das Plazieren eines Referenzpunktes im digitalen Gel ndemodell bietet Schwierigkeiten und erfolgt in der Regel ber Koordinaten Bei der Beschreibung sollte deshalb die Lage wichtiger Trennfl chen im Gel nde eingemessen werden 188 12 Bristenstrasse Felswandoberkante Abb 12 16 Ausbisslinien von berechneten
358. n ab So zum Beispiel von der Art des Bauwerks von der Einheitlichkeit des Untergrundes vom Umfang und der Zuverl ssigkeit der Untersuchungen ber seine Eigenschaften vom Kenntnisstand ber die Einwirkungen von der Verwendung der Hochst oder Restfestigkeit vom Einbezug der Kohasion von der R ckrechnung effekti ver Bruchk rper oder von der G te der rechnerischen Modellbildung 8 24 8 25 Die Frage nach der zahlenm ss gen Gr sse des 1m Einzelfall zu fordernden Globalsicherheitsfaktors kann deshalb nicht allgemein beantwortet werden Streng genommen ist es weder m glich noch s nnvoll einen allgemein verbindlichen Zahlenwert anzugeben der allen Kriterien ge recht wird 8 27 8 28 Vielmehr ist richtigerweise der jeweilige Betrag in das Ermessen des Fachmanns gestellt 8 29 der sich auf Erfahrungen mit vergleichbaren Tragwerken st tzt und letztendlich die Verantwortung f r die Sicherheit seines Tragwerks bernimmt Bei Staumauern in der Schweiz erfolgt berdies eine Kontrolle durch einen unabh ngigen Exper ten sowie die staatliche Aufsichtsbeh rde F r jeden potentiellen Bruchk rper jeden Lastfall und jede Kombination von Festigkeitspara metern bestimmt man somit ein yg und vergleicht es mit dem Vorgabewert Der Minimalwert gibt Auskunft ob unter den gegebenen Bedingungen kein Gleichgewicht mehr m glich ist yg lt 1 0 das Tragwerk muss aber nicht zwingend versagen resp wie gross der Abstand zum idealisierten
359. n aller potentiellen Bruchk rper lassen sich tabellar sch oder gra phisch im Gel ndemodell darstellen Es ist m glich nur die Bruchk rper oder nur den Un tergrund mit Ausbisslinien anzuzeigen wobei Zusatzinformationen eingeblendet werden k nnen Aus der Richtung der Vektoren sind die Gleitrichtungen der zugeh rigen Bruch k rper ersichtlich aus der L nge die Betr ge der Sicherheitsfaktoren e Export Hier kann der Benutzer ausgew hlte Daten an eine ASCII Textdatei zur Weiterbe arbeitung mit einem handels blichen Programm z B mit Excel Word bergeben Da die logische Reihenfolge der Teilprogramme jederzeit durchbrochen werden kann wurde ein Kontrollsystem mit optischer F hrung aufgebaut Abb 10 6 Es verhindert ein Vorgreifen auf unerlaubte Men punkte durch Sperren der zugeh rigen Befehle oder stellt automatisch die zur Ausf hrung notwendigen Grundlagen bereit nderungen in einem vorangehenden Teilprogramm f hren zu einem Zur cksetzen der nachfolgenden Die Zwischenresultate vo rangehender und nachfolgender Teilprogramme werden gel scht Der Benutzer kann damit erkennen welche Berechnungen bereits ausgef hrt wurden bzw noch auszuf hren sind 10 2 2 Datenhandhabung Daten AutoBlock differenziert zwischen Ein und Ausgabedaten bzw Zwischenresulta ten Die Eingabedaten pro Berechnungsteil k nnen mit Hilfe der Dialogfelder naib zeigt und ver ndert werden Sie bestehen in in aus vern nftigen Vorg
360. n bestimmen l sst Eine visuelle Klassifizierung be ruht auf einem Vergleich mit Mustern denen Adjektive zugeordnet sind Richtungsabh n gige Merkmale des Makroreliefs sind mit Raumstellung zu vermerken Versatz Gegenl ufige Verschiebung der Trennfl chenr nder parallel zur Erstreckung Abb 3 6 Sie ist ein Hinweis auf stattgefundene Relativbewegungen cm bis km m glich ffnungsweite Lichte Weite zwischen zwei parallelen R ndern derselben effektiven Trennfl che Abb 3 6 Bei gef llten Trennfl chen spricht man auch von M chtigkeit oder Dicke Sie wird entweder quantitativ Mittel Grenzwerte oder qualitativ offen geschlossen unvollst ndig verheilt erfasst Bei unregelm ssiger Offnungsweite ist zu kontrollieren ob die Einkerbun gen auf den Trennfl chenoberfl chen horizontal versetzt d h nicht verzahnt sind F llung Material zwischen den R ndern der Trennfl che das sich vom seitlichen Gestein unter scheidet Abb 3 6 Ge ffnete Trennfl chen sind entweder leer teilweise Belag oder voll st ndig mit Material gef llt wobei das F llmaterial in gasf rmigem Luft Methan etc fes tem Lockergestein Mineralien Injektionsmittel oder fl ssigem Zustand Wasser vorliegt Der Grad der F llung muss abgesch tzt werden Gibt es verschiedene Schichten sind die se einzeln festzuhalten Die Eigenschaften fester F llungen Art Korngr sse Verteilung usw lassen sich mit bodenmechanischen Methoden erfassen
361. n geeigneter Dichte simulierten den Wasserdruck auf den Sperrenk rper und den Dichtungsschirm Abb 9 2 Potentielle Gleitfl chen versah man mit luftgef llten Auftriebskissen 9 9 Ausser der Eigenlast dem Stau und Schirmdruck sowie dem Auftrieb wurden keine anderen Einwirkungen wie z B Erdbeben angesetzt 130 9 Untersuchungsmethode Der Bruch des Modells wurde durch Erh hung des Wasser drucks bis auf ein Stauziel uber der Mauerkrone erzwungen Si mulation einer berschwappen den Welle Entgegen jeder phy sikalischer Realitat wurden nur die horizontalen nicht aber die vertikalen Krafte erhoht 9 16 Als Variante suchte man die Scherfestigkeit in einer potentiel len Bruchflache zu verringern Simulation des Auftriebs doch liess sich die Reibung aus ver suchstechnischen Gr nden nicht beliebig reduzieren Der Quotient zwischen aufgebrachter Bruch und Normallast Kap 8 2 3 er reichte Werte von 4 viermal Abb 9 3 Geomechanisches Modell 1 200 der 85 m hohen l Mehrfachgew lbemauer Cambambe AO am hydrostatischer Wasserdruck LNEC 9 15 und mehr 9 3 das Potentialfeld im Untergrund blieb unber ck sichtigt Von den Staumauern in der Schweiz wurden z B die Bogenmauern Hongrin 1 55 Emosson 1 100 und St Mar a 1 300 mit solchen Modellen untersucht 9 14 Weitere Beispiele aus landischer Mauern Gewichtsmauer Mequinenza ES 1 60 Kuppelmauer Canelles ES und Bogenmauer Ca Selva IT 1 8
362. n hoher Stellenwert zu Ihr Vorteil liegt nicht nur im kleineren manuellen Aufwand sondern vor allem in der Gew hrleistung dass die f r die Stabilit t kriti schen Bereiche im Untersuchungsgebiet auch wirklich erkannt werden Daneben bietet die Verbindung von CAD und der Grenzgleichgewichtsmethode einen weiteren Vorteil Man kann die exakte Lage Form und Gr sse eines Bauwerksk rpers in Bezug auf potentiell insta bile Felsk rper auf einfache Weise optimieren 14 Felsfundation Staumauer Valle di Lei Die Talsperre Valle d Lei Abb 14 1 s dlich von Andeer st das Kernst ck der Kraftwerke Hinterrhein AG Thusis Sie staut den Reno di Lei auf einer L nge von 8 km ein und h lt 197 Mio m Wasser f r die Energieproduktion zur ck Die Bogenmauer wurde urspr nglich auf italienischem Gebiet erbaut gelangte aber nach ihrer Kollaudation durch einen staatsvertrag lich geregelten Abtausch auf schweizerisches Territorium 14 1 14 2 In Italien verblieben das Staubecken und das direkte Einzugsgebiet aus dem rund ein Drittel des Wassers stammt Der Rest wird aus den benachbarten T lern Avers Madris und Niemet zugeleitet oder von der Zentrale Ferrera hoch gepumpt Die Fertigstellung der Talsperre erfolgte 1961 1984 85 wurde m Felsfundament ein Drainageschleier erstellt Sechs Jahre sp ter gab die KHR vertreten durch das IBA ein Gutachten in Auftrag das sich mit der Sicherheit hin sichtlich m glicher Gleiterscheinungen in der Fel
363. n in den Fallbeispielen nur in einem Masse erw hnt wie dies f r eine abgerundete Darstellung notwendig erschien 1 5 Vorgehen In Abbildung 1 3 ist der Aufbau der Arbeit dargestellt Zuerst wird der heutige Wissensstand in drei Abschnitten zusammengefasst Sie sind der pr zisen Formulierung der Problemstel lung der Problemanalyse und der Problembeurteilung gewidmet Die dabei entwickelte Methodik ist in den Aufbau des neuen Computerprogramms AutoBlock eingeflossen das kurz vorgestellt wird Vier Beispiele aus der Praxis illustrieren sodann die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Probleml sung unter Verwendung des neu geschaffenen Hilfsmittels Im Abschnitt Problemstellung geht man auf allgemeine Definitionen ein die zum einen das Bauwerk Staumauer und den Untergrund Fels eindeutig abgrenzen zum andern das bestehende Sicherheitskonzept und die Grundlagen der Modellierung erl utern sollen Kap 2 Ausgehend vom ph nomenologischen Grundprinzip Hinsehen Beschreiben Erkl ren folgt im Kapitel 3 eine Beschreibung des Felsuntergrundes samt Staumauer Das Hauptge wicht liegt dabei weniger auf einer ausf hrlichen Darstellung aller inh renten Eigenschaften als vielmehr auf der sachlichen Kl rung der daf r erforderlichen Begriffe Eine solche Prazi sierung der Ausdrucksweise ist umso zwingender als die Sichtung der Fachliteratur eine bemerkenswerte Uneinheitlichkeit zeigt Eine pr gnante Beschreibung dessen was s c
364. n jederzeit erfolgen Der Algorithmus zur Iteration der erforderlichen Zusatzkraft ist derzeit noch nicht implementiert 10 4 Weiterentwicklung 157 10 4 Weiterentwicklung Wahrend der Entwicklung von AutoBlock trug man spateren Erweiterungen von Anfang an Rechnung Trotz den bereits vorhandenen umfangreichen M glichkeiten haben bisherige An wendungen verschiedene Bed rfnisse erkennen lassen 10 1 Es sind dies zum Beispiel Allgemein Unterschiedliche Eingabefiles sollten einfach etwa mit einem Texteditor er zeugt und automatisch durchgerechnet werden k nnen Damit w re der Benutzer in der Lage eine Sensitivit tsanalyse mit wenig Aufwand durchzuf hren Digital Terrain Model Der Import von DTM s als Volumenmodelle oder von mehreren Felsoberfl chen mit zum Teil senkrechten Fl chen die beliebig zu neuen DTM s kombi niert werden k nnen sollte ebenso erm glicht werden wie das Extrudieren der Felsoberfl che n jede Richtung Bei den Bauwerksk rpern w re eine Verringerung der bestehenden Einschr nkungen von Vorteil so ist derzeit kein Zylinder zugelassen Damit w rde man dem Benutzer neue Wege zur Konstruktion komplizierterer DTM s anbieten Kinematical Conditions Die Eingabe und Aktivierung einer beliebigen Anzahl Trennfl chenscharen sollte m glich sein z Zt auf vier begrenzt Zudem w ren erweiterte M g lichkeiten zur Variation der Bruchk rperlage hilfreich z B des Schnittpunktes Ausbissli nie Tr
365. n kommt damit eine besondere Bedeutung zu Der Sicherheitsplan hilft die Vielzahl der Aspekte berschaubar zu machen Sein Aufbau ist der folgende Zuerst bringt man die wichtigsten technischen Merkmale von Sperrstelle und Bauwerk zur Darstellung dann folgen alle Gef hrdungsbil der Wirkung samt ihren Ausl sern Ursache bzw den ihnen vermutlich zugrunde liegenden Mechanismen Nach einer Risikobewertung aufgrund der Kriterien Eintretenswahrscheinlichkeit und Schadensausmass werden geeignete Massnahmen mit den zugeh rigen Dokumenten aufgelistet Sie zielen darauf ab das Risiko zu beseitigen durch Massnahmen am Gefahrenherd zu vermeiden durch konzeptuelle nderungen zu verringern durch ausreichende Bemessung oder zu akzeptieren Restrisiko daf r berwachung Notfallkonzept Die Dokumente enthalten erg nzende Informationen Begr ndungen Handlungsanweisungen etc da die Vielschichtigkeit von Sicherheits problemen oft die M glichkeiten einer visuellen Darstellung sprengt Der Sicherheitsplan weist nur eine begrenzte r umliche und zeitliche G ltigkeit auf zum einen weil er sich auf einen genau begrenzten Teil der Sperrstelle bezieht zum andern weil der wachsende Informationsstand im Laufe der Ausf hrung nderungen bewirken kann Ein derart formalisiertes Vorgehen mit strikter Trennung zwischen Analyse und Bewertung erfordert eine pr zise Ausdrucksweise Im Rahmen der vorliegenden Ausf hrungen wollen wir uns auf die Aspe
366. n lassen vermuten dass das Verhalten eines Homogenbereichs mit regelm ssig ange ordneten Kluftscharen hnlich sein muss wie jenes einer anisotropen Probe Dies belegen die aus Laborversuchen bekannten Abtreppungen welche an nat rlichen Aufschl ssen viel ausgepr gter zu erkennen sind Mit zunehmender Erstreckung und abnehmendem Abstand der Trennfl chen verst rkt sich dieser Effekt Materialbr ckenl nge Intakte Gesteinsabschnitte zwischen zwei Trennfl chen bewirken eine effektive Koh sion Vor allem bei einer Matrix mit hoher Festigkeit kann bereits eine kleinfl chige Verbindung zwischen dem potentiellen Bruchk rper und dem angrenzenden Fels einen grossen Anteil des gesamten Schwerwiderstandes ausmachen Potentielle Gleit fl chen mit Materialbrucken sind deshalb meist weniger kritisch als zum Beispiel kontinu ierlich verlaufende Scherfl chen 7 43 Die Erstreckung der Materialbr cken bleibt indes verborgen Die Grenzgleichgewichtsmethode setzt voraus dass der Bruch an allen Stellen der potentiellen Gleitfl che gleichzeitig stattfindet Damit m ssen berall die volle Rei bung und die volle Kohasion w rksam sein Da der maximale Scherwiderstand der intakten Gesteinsabschnitte und der Trennfl chen nicht bei den gleichen Verformungen erreicht wird versagen bei sehr geringen Relativverschiebungen zuerst die Materialbrucken durch eine Kombination von Zug und Scherbruch progressiver Bruch Die Scherfestigkeit n den weniger beanspr
367. n sie die Spannkraft der Zugglieder bei einer Bruchk rperbewegung behalten Weitere Hinweise zu den Veranke rungen geben die SIA Normen 6 6 zu den D beln 6 50 Prim rer Spannungszustand Gr ndungsk rper Dieser Zustand wird vor Beginn der Baut tigkeit im Gr ndungsk rper angetroffen Er ist be dingt durch die Gravitation die tektonische Geschichte und die Struktur des Untergrundes Eine sichere Absch tzung von Betrag und Richtung der prim ren Hauptspannungen ist nur beschr nkt m glich weil Spannungsmessungen in situ bloss in den seltensten F llen zutref fende Resultate ergeben 6 51 6 52 Solche Spannungen werden darum bestenfalls n sehr vereinfachter Form hier jedoch gar nicht angesetzt Zw ngung Sperrenk rper Formanderungskrafte 1m Sperrenk rper entstehen durch Behinderung der freien Verformung Sie lassen sich u a auf ussere Temperaturschwankungen innere Temperatur nderungen Schwinden Kriechen und Verschiebungen m Felsfundament zur ckf hren While it is unlikely that an actual rock foundation will conform entirely either to the planar fissure or preferential channel model they do represent extreme situations which the designer has to consider as the most unfavourable me chanical possibilities which could be expected TERZAGHI 6 30 In fact all limit equilibrium models are based on gravity loading only and hence lateral stresses are excluded from any slope stability analysis th
368. n und des maximalen Scherwiderstandes in der Gleitfl che bestimmt das Programm automatisch den Sicherheitsfaktor Falls kein Abgleiten m glich ist wird der Grund aufgef hrt zum 3 Eckpunkte definieren eine Ebene eindeutig bei 4 Eckpunkten m ssen alle in derselben Ebene liegen 10 16 Zur Erfassung des Volumenmodells verwendet AutoBlock die Darstellung als Boundary Model die AutoCAD seit Version 13 unterst tzt Ein Boundary Model wird durch seine Boundaries Kontaktfl chen die wiederum durch ihre Boundaries einfache Kurven v a in Form von Polylinien beschrieben Andere M glichkeiten w ren Constructive Mo dels von AutoCAD bis Version 12 verwendet und Decomposition Models siehe 10 18 Es stammt von der Firma Spatial Technology und ist das f hrende objekt orientierte hybride Modeling Kernel Quotient maximaler Scherwiderstand zu vorhandener Scherkraft Tab 10 1 Rechenmaschinen Sprachen Umfang Aufbau Ausgabemoglichkeiten Speicherorganisation Datenimport Datenexport Hilfe Fehler Kompatibilit t Installationsprogramm 10 2 Beschreibung 147 Allgemeine Angaben zum Programm 10 16 Geeignet f r alle Plattformen auf welchen AutoCAD 2000 unter Microsoft Win dows 95 98 oder Windows NT 4 0 l uft ObjectARX auf der Grundlage von C Die max ber drei Ebenen miteinander verschachtelten Dialogfelder wurden mit MS F
369. n zwischen den Druck und Dehnungsmessungen zu best tigen w hlte man f r einzelne Messpunkte eine Darstellung der Bezie 11 3 Messungen im Untergrund 165 Neopren abdichtung N I Sn m M Aquidistanz der Aquipotentiallinien 5 m Abb Dehnung mm m Druck bar Abb 11 7 Aus den Piezodex Messungen konstru ierte Potentiallinien bei einem Seestand von 2161 m M 11 2 47 a 3 a 2 PAR 1 oa 0 2090 2110 2130 2150 2170 12 b 8 AL 0 2090 2110 2130 2150 2170 Seestand m M 11 8 1988 89 gemessene Werte f r die Deh nung a resp den Wasserdruck b in Funktion des Seestandes Die Dehnung wurde an der Stelle abgelesen wo die Kluftzone die Bohrlochachse schneidet GM 1 46 in Abb 11 4 beim Wasser druck entspricht die Stelle jener von Ab bildung 11 5 a hung zwischen Seespiegelh he und abgelesener Messgr sse In Abbildung 11 8 a ist die Dehnung der Messstrecke in 46 m Tiefe von Bohrung GM 1 GM 1 46 aktiver Riss in 166 11 Staumauer Albigna Funktion des Seestandes aufgetragen Abb a 11 4 Es f llt auf dass die Steigung der Kurve bei einer Seespiegelh he von 2130 m einen o markanten Knick aufweist und die Dehnungen a bei fallendem Wasserspiegel h her s nd als bei A steigendem Eine Gegen berstellung derselben 2 Beziehung f r den Wasserdruck in b l sst er 5 a kennen dass die Steigung der Kurve bei See spiegelkote
370. nach dem Versagen des linken Felsfundamentes rechts 4 27 100 5 m M Widerlager Verbliebener oo Mauerk rper Felsoberflache ve nach Versagen YO Maueroberflache nach Versagen 36 m U M Vv Abb 4 8 Querschnitt und schematische luftseitige Ansicht der Mauer nach dem Versagen 4 28 m glichen Stabilitatsfrage in Unkenntnis der genauen Hintergr nde diffizil und wenig zweck dienlich H ufig ist sogar unklar ob ein solches Problem berhaupt vorliegt 4 41 berdies l sst sich aus dem beobachteten Verformungsverhalten einer Talsperre grunds tzlich nicht ableiten wie weit man von einem Versagen entfernt ist 4 3 2 Erkenntnis Bei der Durchsicht der Fachliteratur gelangt man zu folgenden Einsichten 4 42 e Der tiefe Kenntnisstand ber die felsmechanisch hydraulischen Eigenschaften brachte mit sich dass die Eigenheiten des Korn und Fl chengef ges oftmals nur ungen gend erfasst und beim Entwurf zu wenig in die berlegungen miteinbezogen wurden Beispiele Austin US 1911 Lake Lanier US 1926 St Francis US 1928 e Die Versagen traten meist nahe der Gel ndeoberfl che entlang vorhandener Schw che zonen auf d h in Kontaktfuge Trennfl chen Diese bestimmten die Lage und Abmessun gen der instabilen Felsk rper deren Ausdehnung sich keinesfalls auf einzelne Mauerbl cke beschr nkte Beispiele Austin US 1911 Tigra IN 1917 Malpasset FR 1959
371. nce parameters required for the analysis However the precision of the results of an analysis should never be confused with the complexity and sophistication of the method In other words the method itself does not produce results which are more correct than are the parameters which have been used 9 19 9 3 Beurteilung 139 Gefahr den berblick zu verlieren und Unwesentliches akribisch zu untersuchen w hrend dem stillschweigend eingef hrte Annahmen grosser Tragweite nicht weiter vertieft werden Grenzgleichgewichtsmethode Diese Methode hat den Vorteil mit minimaler Anzahl Annahmen die wesentlichste Frage zu untersuchen Ausgangslage bildet ein starrer Gleitk rper m Grenzgleichgewicht dessen Geo metrie Lastgr ssen und Reaktionen auf wenigen anschaulich nachvollziehbaren Annahmen beruhen Diese Vereinfachung zur Wahrung der bersichtlichkeit ist angesichts der oft unge n genden Ausgangsdaten mit den jeweiligen grossen Bandbreiten gerechtfertigt Die Berech nung gestaltet sich bersichtlich s e st einfach und sehr rasch Die Ergebnisse sind zuverl s sig und haben sich in der Praxis bew hrt 9 69 Voraussetzung ist dass man die entscheiden den Einfl sse richtig einsch tzt und einen wahrscheinlichen Bruchmechanismus w hlt Die Abweichungen gegen ber einer Deformationsmethode in Bezug auf das Gleichgewicht blei ben gering obschon vor Erreichen der Bruchscherspannung keine danach beliebig grosse Verformungen betrach
372. nd Spannungszustand kon o Bruchgerade O OJG O3 m a b O gt o a i A arctan m Fi Bruchgerade 45 T Cg o u tan pe 6 oO a D D Cc 5 Cc Oe Z a a i Z w a Q X i a Qo D 5 5 E 02 lt Co i i OuG p oy O3 oa O o a 0 u u u Normalspannung o Seitendruck o Abb 7 9 Einfluss des Porenwasserdrucks auf die Scherfestigkeit von Gestein im a Spannungs Dehnungs diagramm und b Hauptspannungsdiagramm Im wassergesattigten Gr ndungsk rper wird die totale Normalspannung o aus usseren Kr ften in einem beliebigen Schnitt zum Teil als Porenwasserdruck u zum Teil als wirksame Spannung o zwischen den K rnern aufgenommen o NIF 0 u wobei N ussere Normalkraft F Fl che 114 7 Festigkeit traktant verhalten 7 47 Im dilatanten Material k nnen Erdbeben einen Porenwasserunter druck und damit eine Erh hung der Normalkraft hervorrufen sie wird mit der Zeit abgebaut Die meisten tonigen und siltigen F llungen verhalten sich thixotrop 7 48 Auch bei anderen Zwischenmitteln nimmt die Reibung bei Ersch tterungen ab weshalb man diese Reduktionen durch Abschl ge von ruhend ermittelten Reibungswerten ber cksichtigen sollte Zyklische Belastung Die Festigkeits und Verformungseigenschaften des Felsuntergrundes sollten unter einer be grenzten Zahl zyklischer Belastungen nur wenig ndern In der Tat ergaben Untersuchungen an Gesteinsproben
373. nd der oben erl uterten berlegung an 224 14 Staumauer Valle di Lei 14 4 4 Ergebnisse Die Stabilitatsberechnungen fur die linke Talflanke haben zu folgenden Einsichten gef hrt e Eigengewicht G Tabelle 14 3 zeigt Ergebnisse welche den Einfluss der Scherfestigkeits parameter und der Berechnungsart auf den Sicherheitsfaktor f r die alleinige Wirkung des Eigengewichtes zum Ausdruck bringen Links sind beispielhafte Resultate fur den poten tiellen Bruchk rper rechts solche f r den Bruchk rper aufgef hrt Das Eigengewicht G der beiden Felsk rper betr gt 17355 MN resp 10 564 MN Die Gegen berstel lung belegt dass die fr her von Hand berechneten Sicherheitsfaktoren nur wenig von je nen mit AutoBlock abweichen Dies berrascht betr gt doch der Unterschied beider Gleit fl chen beim Bruchk rper bis 9 Tab 14 1 Bei differieren die Gleitfl chen um 18 die Volumina gar um 37 Die Scherfestigkeit von K4 bleibt ohne Bedeutung da die Translation entlang von S erfolgt Der markante Einfluss der Koh sion st bei beiden Felsk rpern ersichtlich So steigt die rechnerische Sicherheit um rund 80 an wenn die Koh sion um 50 kN m resp 100 kN m zunimmt Abbildung 14 14 verdeutlicht dies am Beispiel des Bruchk rpers dessen Stabilit t f r gt 20 gew hrleistet ist Die geringe Bedeutung des Fallwinkels von K4 kann auf den hnlichen Quotienten Gleitfl che Volumen zur ckgef hrt wer
374. nd zunehmen 108 7 Festigkeit j Au a feof it t o tan o 1 b Verzahnung T Cr otan pr am r nar P t otan r Scherspannung 7 Normalspannung o Abb 7 8 Bilineares Bruchkriterium f r eine Trennflache ohne echte Koh sion 7 29 Annahme ausgeht unterhalb einer bestimmten Normalspannung f nden nur Aufgleitvorg n ge oberhalb nur Abschervorg nge statt 7 6 Die Bruchbedingung f r den Aufgleitvorgang enth lt als Reibungskoeffizienten den Tangens von pr i wobei i f r den mittleren Ein fallswinkel der Unebenheiten in Scherrichtung steht Abb 7 8 a 7 29 7 30 F r ebene Trennfl chen ist i 0 Im Bereich hoher Normalspannungen werden die Unebenheiten nach berschreiten der Materialfestigkeit an ihrer Basis abgeschert Die f r den Abschervorgang g ltige Bruchbedingung m sste deshalb die Scherparameter des Gesteins enthalten mit scheinbarer Koh sion fur die Wirkung der Verzahnung Abb 7 8 b F r den Reibungswin kel setzt man der Einfachheit halber meist nur r ein Abb 7 8 c F r die berschreitung der Scherfestigkeit infolge Aufgleiten bzw Abscheren ist jeweils dasjenige Bruchkriterium massgebend das den kleineren Wert f r die aufnehmbaren Schubspannungen ergibt Bei ge f llten Trennfl chen wird die Scherfestigkeit durch die Scherparameter der F llung bestimmt Die Schwierigkeit das bilineare Bruchkriterium auf nat rliche Trennfl chen zu bertragen liegt
375. ndamentlast Das Problem der unbekannten Span nungsverteilung in den Kontaktflachen wird dadurch reduziert dass m gliche Kombinati onen solcher Reaktionen in die Berechnung einbezogen und kombiniert werden e WARBURTON 1981 9 51 untersucht die Translation eines Polyeders mit einer beliebigen Anzahl freier Oberflachen auf maximal 2 Gleitflachen g c unter Eigenlast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast Der Felsuntergrund wird durch fixe Trennfl chenebenen in ein System potentieller Bruchk rper zerlegt Die geometrische De finition und Darstellung der Polyeder erfolgt mit einem speziellen Programm Mit Hilfe r umlicher Vektorgeometrie kann anschliessend berpr ft werden ob eine Translation ei nes bestimmten potentiellen Bruchk rpers m glich ist e GOODMAN SHI amp BOYLE 1982 GOODMAN amp SHI 1985 MAULDON amp GOODMAN 1990 1996 TONON 1998 9 52 9 53 9 54 9 55 9 56 untersuchen die Translation und Rota tion eines Tetraeders auf maximal 2 Gleitflachen c unter Eigenlast Erdbeben Kluft wasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast Bei der sog Block Theorie ist die Zahl und Lage der Trennflachen sowie der freien Oberflachen theoretisch unbegrenzt Sie erlaubt mit Hilfe raumlicher Vektorgeometrie und Topologie die Geometrie und Kinetik einzelner massgebender potentieller Bruchk rper key blocks festzulegen deren Versagen unter Umst nden eine Bewegung benachbarter Felsk rper erm gli
376. ndamentlasten beeinflussen das Potentialfeld und damit den Betrag der Str mungskraft Wasserdruckbezeichnungen Der am Tragwerk angreifende Wasserdruck tritt folgendermassen auf e Hydrostatischer Druck Man bezeichnet damit den hydrostatischen Wasserdruck auf Fl chen im offenen Wasser Bei horizontalen Fl chen handelt es sich um eine Auflast Er wirkt oberwasserseitig 1m Staubecken und unterwasserseitig sofern das Vorland eingestaut ist Sein Betrag ergibt sich aus den Grenzwerten der Wasserst nde die aus zyklischem Einstau berstau Hochwasser Windstau Wellenschlag Schwall und Sunkerscheinun gen etc resultieren Im Felsfundament kann in Trennflachen mit direkter hydraulischer Verbindung zum Stausee z B aktive Kl fte tension cracks ein hydrostatischer Druck entsprechend der vollen Stauh he wirken z B St Maria Albigna 6 45 e Bergwasserdruck Der unterhalb des Bergwasserspiegels wirkende Wasserdruck entspricht dem hydrostatischen Druck m offenen Wasser Vor dem Bau einer Stauanlage verl uft die nat rliche Sickerstr mung in Richtung Talsohle Der schwankende Bergwasserspiegel kann die Hangoberfl che oberhalb des Talbodens erreichen so dass sich eine Sickerflache ausbildet Durch den Einstau steigt der Bergwasserspiegel m Oberwasser an w hrend er im Unterwasser je nach Injektions und Drainagemassnahmen abs nkt Der Potentialunter schied bewirkt eine nderung der urspr nglichen Str mungsrichtung Sie
377. ne eindeutigen Aussagen zur Festigkeit formulieren Erfahrungsgem ss weisen aber die meisten magmati schen und metamorphen Gesteine eine h here Sedimentgesteine eine tiefere Festigkeit auf Durchschneidet eine potentielle Gleitfl che verschiedene Gesteinsarten so kann das kombi n erte mechanische Verhalten von jenem der einzelnen Arten abweichen 7 35 Mit wach sender Gesteinsfestigkeit steigt die mechanische Bedeutung des Fl chengef ges weil der Widerstand entlang den Trennfl chen m Vergleich zu jenem n der Matr x deutlich s nkt 7 36 Gleichzeitig w rd die Wirkung von Materialbr cken und von Unebenheiten auf die Scherfestigkeit potentieller Gleitfl chen immer dominanter Trennfl chenart Von den potentiellen und effektiven Trennfl chen verdienen folgende spezieller Beachtung e St rungen Ihr Versatz weist auf ein berschreiten der H chstfestigkeit hin Bei St rungs und Scherflachen bestimmt vielfach ein Belag aus Tonmineralien Glimmer o mit sehr niedrigen Reibungswinkeln den Betrag der Restfestigkeit Wenn die Richtung potentieller Gleitbewegungen deutlich von jener einer fr heren Bewegung abweicht d rfen gegebe nenfalls h here Parameter angesetzt werden Bei St rungs und Scherzonen kann die F l lung eine M chtigkeit von mehreren Metern erreichen 7 37 e Kl fte Die hohe Scherfestigkeit rauher ungef llter Kl fte h ngt vom Grad der Verzahnung und der Offnungsweite ab Erstrecken sie sich mit einer F
378. ne von Staud mmen kritisch ist Stauanlagen als Bauwerke mit einem hohen Schadenspotential im Bruchfall m ssen eine sehr hohe Sicherheit aufweisen 1 3 Die Gefahr der Instabilit t von Felsk rpern muss daher so wohl im Bereich der Fundation als auch im Stauraum praktisch ausgeschlossen werden Dies gilt nicht nur f r die Planung neuer sondern auch f r die berpr fung bestehender Stau mauern und Staud mme Staumauern insbesondere Bogenmauern weisen eine geringere Gr ndungsfl che als Stau d mme auf Die dadurch bedingte konzentriertere Krafteinleitung in den Untergrund hat zur Folge dass dort selbst kleinere gleitgef hrdete Felsk rper einwandfrei identifiziert und ber pr ft werden m ssen Folgende Erschwernisse beeintr chtigen jedoch die quantitative Unter suchung des Problems 1 4 e Die Lage und Raumstellung der Trennfl chen im Fels ist oft nur ungen gend bekannt Obschon an jeder Sperrstelle umfangreiche Untersuchungen Bohrungen Sondierstollen usw vorgenommen werden k nnten massgebende Trennfl chen verborgen bleiben e Die Eigenschaften der Trennfl chen sind quantitativ nur ungenau erfassbar Dies ist inso fern entscheidend als deren Oberfl chenstruktur Unebenheit Rauhigkeit Verzahnung sowie das F llmaterial einen entscheidenden Einfluss auf den Scherwiderstand haben e Einzelne Lastgr ssen der jeweiligen Bruchk rper sind nur z T messtechnisch bestimmbar So kennt man die Gr sse des Wasserd
379. nersatzlast Ey In Abbildung 13 18 sind die Ergebnisse von Berechnungen dargestellt welche den Einfluss eines Erdbe bens auf den Sicherheitsfaktor der beiden Bruchk rper zum Ausdruck bringen Die Linien stellen den Sicherheitsfaktor in Funktion der Az muts der horizontalen Erdebenersatzlast Ey f r eine Beschleunigung von 0 2 g und 0 5 g dar Die minimalen Sicherheitsfaktoren f r ein Azimut von 235 liegen bei 0 40 Bruchk rper A bei 0 5 g und 0 78 0 2 g resp bei 0 86 B bei 0 5 g und 1 40 0 2 g 2 9 Bruchk rper B Bruchk rper A Sicherheitsfaktor 145 190 235 280 325 Azimut E Abb 13 18 Einfluss der Richtung der horizontalen Komponente der Erdbebenlast auf den Sicherheitsfaktor f r eine Beschleunigung von 0 2 g und 0 5 g 210 13 Br cke Pianello e Eigengewicht G Fundamentlast F Horizontale Erdbebenersatzlast Ey Vertikale Erdbebenersatzlast Ey Die nach oben gerichtete vertikale Komponente der Erdbebenlast reduziert den Sicherheitsfaktor bei 0 2 g von 0 78 auf 0 71 A resp von 1 40 B auf 1 31 Setzt man die Komponente in entgegengesetzter Richtung an so erh ht sich die Sicherheit von 0 78 auf 0 82 A bzw von 1 40 auf 1 46 B Zusammenfassend l sst s ch festhalten dass m vorliegenden Fall der Form und Gr sse des potentiellen Bruchk rpers eine entscheidende Bedeutung zukommt Im einen Fall Bruchk r per A war die rechnerische Sicherheit kaum m anderen Bruchk rper B fast
380. ng des betrachteten Felsk rpers vernachl ssigt werden darf Bruchfl chen im Bereich zwischen Kontakt und Felsoberfl che sog innere Bruchfl chen sind damit nicht zul ssig Demzufol ge werden aus Teilk rpern zusammengesetzte Bruchk rper hnlich jenem in Abbildung 5 2 aus unseren berlegungen ausgeschlossen Abb 5 2 Innere Bruchfl chen unterteilen den Selbstverst ndlich kann man die Teilk rper Bruchk rper in drei Teilk rper Die als Gruppe von Starrk rpern mit lokal ber h Stabilit tsuntersuchung einer sol chen Starrk rpergruppe hat f r je renden Kontaktfl chen auffassen berle gun u den Felsk rper separat zu erfolgen gen zur Stabilit t sind dann f r jeden poten tiellen Bruchk rper getrennt zu f hren Die Form der Kontaktfl che h ngt ab vom Zerlegungsgrad des Felsens Im wenig zerlegten Fels geben die Trennfl chen im stark zerlegten Fels die Gesteinsbruchst cke den Verlauf der Kontaktfl che vor Im intakten Fels reduziert sich die Frage der Abgrenzung auf die zutref fende Einsch tzung des Fl chengef ges 5 14 5 15 Sie besteht darin dass man die Trenn fl chen pro Homogenbereich nach Anzahl Lage und Raumstellung ordnet und einzeln resp in Kombination unter Ber cksichtigung der Halbr ume und Bereichsgrenzen untersucht Um alle Informationen ber die Raumstellung der Gef geelemente miteinzubeziehen wird zu n chst angenommen dass die Trennfl chen eben und von unbegren
381. ng zu erfassen Alle Fl chen welche die Bezugs linie schneiden oder innerhalb des Fensters liegen werden aufgenommen 3 22 Zur Be schreibung des gesamten Fl chengef ges interpoliert man zwischen verschiedenen Mess stellen oder extrapoliert auf Felsbereiche wo wenig Information vorliegt Die Schnittlinien der Felsoberflache mit den Trennfl chenebenen Ausbisslinien Spur zei gen in der Regel eine bestimmte regelm ssige Ordnung Es scheint ratsam diese idealisierend zu Scharen ungef hr paralleler Ebenen mit einheitlichen Eigenschaften zusammenzufassen Einzelne Fl chen mit Auff lligkeiten werden separat behandelt Sodann ordnet man die Scha ren und Einzelfl chen aufgrund ihrer Herkunft und erfasst zuerst die Aspekte einer einzelnen Trennfl che pro Schar Tab 3 2 um s ch sp ter den brigen zu w dmen Tab 3 3 Ab drei sich schneidenden Scharen sind Angaben zum Kluftk rper m glich Tab 3 3 Ein solches auf dem Urteilsverm gen des Beobachters gr ndendes Vorgehen ist zwar subjektiv gef rbt verhindert aber dass gedankenlos Daten gesammelt werden ohne R cksicht auf die geologi sche Entstehungs geschichte Bei Bedarf k nnen Strukturparameter bestimmt werden Sie bauen auf den Parametern zur Variation auf Tab 3 3 und werden auf eine Strecke Fl che oder ein Volumen bezogen Zu diesen Werten geh ren beispielsweise bezogen auf eine Strecke die Trennfl chendichte Kl ftigkeit der lineare Durchtrennungsgra
382. ngen Risse chemische z B Korrosion oder biologische Auswirkungen Ob man eine Gr sse als Ein oder Auswirkung betrachtet ist eine Frage der Systemabgrenzung In Abbildung 4 1 links sind die n der Kontaktfuge wir kenden inneren Kr fte eine Schnittgr sse eine Auswirkung rechts eine am Gr ndungs k rper Fundamentlasten bzw am Sperrenk rper Bettung angreifende Einwirkung 46 4 Tragwerk 4 2 Modell des Untergrundes Das w hrend der Beschreibung erarbeitete Verst ndnis f r den Gr ndungsk rper findet sei nen Niederschlag in einem konzeptuellen Modell dem Modell des Untergrundes Abb 4 2 Es fasst die f r die Nutzung des Tragwerks massgebenden Eigenschaften des Felsfundamen tes bereichsweise zusammen Diese Synthese aller qualitativen und quantitativen Informatio nen bildet den Ausgangspunkt f r den Sicherheitsplan weshalb ihr eine h here Bedeutung zukommt als der sp teren Wahl einer ad quaten Untersuchungsmethode 4 4 4 5 Das Modell des Untergrundes soll die natiirlichen Gegebenheiten soweit vereinfachen dass die massgebenden Gef hrdungen noch mit der erforderlichen Zuverl ssigkeit erfasst wer den 4 6 Erforderlich heisst hier dass einerseits die Anforderungen an die Nutzung ein gehalten werden und andererseits der damit verbundene Aufwand wirtschaftlichen Kriterien standh lt Bei komplexen Verh ltnissen empfiehlt es sich verschiedene Modelle in Betracht zu ziehen H ufig beschr nkt man sich
383. ngestellt Je nach Quel le ergeben sich etwas andere Kombinationen von Einwirkungen Es obliegt dem verantwortli chen Ingenieur aufgrund des Sicherheitsplans und den lokalen Vorschriften die ung nstigsten der zu untersuchenden Lastf lle f r die verschiedenen Bau und Betriebsphasen zu definieren 6 6 6 6 Fundamentlast Die am Tragwerk angreifenden Einwirkungen erzeugen im Tragwerk Reaktionen Der Span nungszustand ndert und Verformungen treten auf Das Kr ftespiel w rd massgeblich vom Tragverhalten des Sperrenk rpers und von der Nachgiebigkeit des Felsfundamentes resp von der Wechselbeziehung m Verformungsverhalten beider Tragwerksteile bestimmt 6 48 Das Tragverhalten der Mauerarten wollen w r anhand von Prinzipienskizzen Abb 6 6 kurz erl utern Hierzu fasst man bereichsweise die am Sperrenk rper angreifenden Kr fte in Re sultierenden F zusammen die als Fundamentlasten den Gr ndungsk rper belasten Die Rich tung und der Betrag der vom Mauerfundament in den Felsuntergrund eingeleiteten Kr fte sind u a vom Lastfall abh ngig und somit ver nderlich 6 6 Fundamentlast 95 Gewichtsmauer Pfeilermauer Bogenmauer g Abb 6 6 Schematische Darstellung der Tragwirkung einer Gewichts Pfeiler und Bogenmauer 1m Grund r ss und Querschnitt Gewichtsmauer Der Sperrenk rper ist aus Einzelbl cken zusammengef gt welche unabh ngig die auf sie ein wirkenden Kr fte in das Felsfundament abtragen In
384. ngsgem ss konn ten damit weder der leicht abfallende Bereich bei den G rten hinter der Felswandoberkante Abb 12 11 abgebildet werden noch war eine berla gerung beider Netze in einem einzigen Gel nde modell machbar 2 Solid der Unterschneidung in urspr nglicher Lage 3 Dreiecks Vierecksnetz des Untergrundes 4 Einschnitt in der Gel ndeoberfl che Tal 5 DTM mit ausgehobenem Bauwerksk rper 1 Mit AutoBlock erzeugtes Solid der Unterschneidung 12 4 Felsk rperanalyse 185 Abb 12 13 Schematische Darstellung des Vorgehens bei der Konstruktion des digitalen Gel ndemodells Die berh ngenden Bereiche gehen auf den Aushub vorgegebener Bauwerksk rper zur ck 186 12 Bristenstrasse b Abb 12 14 Realit t und Modell des in Abbildung 12 10 markierten Ausschnitts in der Gegen berstellung zur Kontrolle der Detailtreue Der in a eingezeichnete potentielle Bruchk rper entspricht jenem von Abbildung 12 7 In b erkennt man seine berechneten Begrenzungsfl chen Die Tetraederform er gibt sich aus dem Verschnitt je einer gr nen roten und braunen Trennfl che F r Abhilfe sorgte die Konstruktion eines Volumenmodells Zu diesem Zweck berechnete man ein Oberfl chennetz mit Hilfe des AutoCAD Land Development Desktop und bearbeite te es lokal von Hand Danach wurde die in Abbildung 12 13 rot markierte Schnittlinie zwi schen diesem Netz und jenem der Ansicht bestimmt Das Dreiecksnetz der Ansicht klappte
385. nisse aus der Ingenieur praxis abdecken 6 32 Auf den Fall der Rohrstr mung gehen wir n cht weiter e n 6 33 6 3 1 Str mungsgesetze Por ses Medium In der Mitte des 19 Jahrhunderts leitete DARCY 6 34 1m Zusammenhang mit der Brunnen projektierung f r die Stadt Dijon das bekannte eindimensionale Str mungsgesetz her Abb 6 la qg v O F k Ah L k imit q Ergiebigkeit pro Flacheneinheit v Filterge schwindigkeit Q Wassermenge F durchstr mte Fl che k Proportionalitatsfaktor Ah wirk samer H henunterschied L Lange der Sickerstrecke und i hydraulischer Gradient bzw Po tentialgefalle Die sp ter erfolgte verallgemeinerte mathematische Formulierung bildet die Da Verformungen resp ihre Auswirkungen auf den Wasserdruck in bestimmten Punkten einfach gemessen werden k n nen sind allf llige nderungen gute Indikatoren f r ein ungew hnliches Verhaltensmuster Damit liefert das Form nde rungsverhalten wertvolle Hinweise auf den aktuellen Zustand des Tragwerks sowie seine langfristige Entwicklung 6 29 No complete answer applicable to any site and covering all its complexities has yet been found for this problem but considerations of a general nature enable us to conceive simplified models that help the designer to assess the possible influence of seepage on the stability of a foundation and guide him in his choice of corrective action 6 30 6 3 Wasser 85 a y f gt
386. nkrecht Systeme A B D die andern parallel zur Mauerl ngsachse C Die durch den gan zen Felsriegel verlaufenden A und B St rungen zeichnen sich zum Teil deutlich m Gel nde ab S e weisen grossr umig eine gewisse Richtungskonstanz auf wo bei es sich nicht um glatte ebene Trenn fl chen sondern um kompliziert aufge baute s ch z T auffiedernde gewellte und verbogene Fl chen handelt Obschon ober flachennah offene Spalten zu beobachten sind d rfte die Mehrzahl eine abdichtende F llung haben Die brigen St rungen zeigen Kakirite und Rutschharnische im cm Bereich Die Kl fte liegen als ebene meist ge 11 4 Beschreibung des Untergrundes 169 Abb 11 12 Idealisierte Darstellung der Trennfl chensysteme A B wie D C E in Be zug zur linken Widerlagerseite 11 2 Abb 11 13 Abflussrinne mit St rung links 11 3 schlossene glatte Trennflachen vor mit einer Erstreckung 1m Meterbereich Sie sind selten mit Ton oder Quarz gef llt Bei den aktiven Kliiften unterscheidet man den aktiven Riss und die Kluftzone Bei den einen handelt es sich um die mit Folie abgedichteten direkt am seeseitigen Mauerfuss gelegenen C Kl fte bei den anderen um die dunkle stark zerbrochene Aufschmelzung mit kurzen meist verbogenen C St rungen Beiden Typen gemein ist das ffnen bei ansteigendem Seestand 170 11 Staumauer Albigna Obgleich keine speziellen Felsk rperaufnahmen durchgef hrt wurden konnten
387. nnfl chen oder Hohlr umen durch Beton ersetzt Offene Wasseraustritte wer den gefasst und abgeleitet oder verpresst 2 4 3 Bautechnische Massnahmen Unterhalb der Gr ndungsfl che sind fol gende bautechnischen Massnahmen blich Injektionen Das Einpressen von Zement Kunstharz o unter Druck in abschnittsweise abgedichtete Bohrungen bezweckt die lokale Verf llung von Hohlr umen im Untergrund Das in die ffnungen eindringende Material ver Abb 2 6 _Gr ndungsfl che einer Bogenmauer dr ngt das vorhandene Wasser setzt sich ab in einem Einschnitt Links und rechts und verfestigt sich Das Verf llen s mtli nC EE ar eee LOSE haat cher Hohlr ume im Fels ist meist unm g nn a lich da nicht alle hydraulischen Pfade zu s nglich sind z B isolierte Trennfl chen solche mit geringer Erstreckung oder kleiner ffnungsweite 2 25 2 26 Luftseite So aa EE ev al eNO gt Ar N A Er aS he Seeseite 100 kg Zement Abb 2 7 Kontaktinjektionen im rechten Widerlager der Staumauer Albigna siehe Kap 11 2 27 1879 wandte HAWSLEY erstmals Injektionen an um Risse im Felsuntergrund der Tunstall Mauer GB abzudichten 1910 11 injizierte man unterhalb der River Mill Plattenpfeilermauer US bis 1930 bei 19 weiteren Talsperren Der erste zweireihige Injektionsschirm in Europa wurde 1921 22 unterhalb der Barberine Mauer erstellt 2 15 16 2 Grundlagen Je nach Ziel der Injektionen
388. no und Capodigiano sind durch eine sa nierungsbedirftige Bogenbr cke miteinander verbunden Abb 13 1 Sie soll im Rahmen eines Strassenneubaus durch eine schlanke rund 125 m lange Verbundkonstruktion ersetzt werden die auf die reizvolle Umgebung R cksicht nimmt Die besondere Form der neuen Br cke in Kombination mit den unklaren Fundationsverh ltnissen veranlassten die Verant wortlichen noch in einer sehr fr hen Phase eine felsmechanische Untersuchung durchf hren zu lassen S e hatte eine ad quate konstruktive Gestaltung der Br ckenfundamente zum Ziel Das berschaubare Tragwerk sowie die im Verlauf der Arbeiten erhobenen Daten legten na he das neue Computerprogramm AutoBlock anhand dieses Fallbeispiels auf seine Praxistaug lichkeit zu pr fen Das Schwergewicht lag dabe auf der schrittweisen Analyse und Beurtei lung der angetroffenen Verh ltnisse wie sie in den Kapiteln 5 bis 8 erl utert wurden Zu gleich sollten die verschiedenartigen M glichkeiten zur Visualisierung berpr ft werden Sie erlauben eine aussagekr ftige Zusammenfassung der Resultate w e man dies heute von einem modernen Computerprogramm erwartet Die gedankliche Arbeit findet ihren Ausdruck in einer Reihe von konstruktiven Empfehlungen auf die am Ende kurz eingegangen wird 13 1 A Abb 13 1 Ansicht der rechten Talflanke mit dem Dorf Muro Lucano Rechts erkennt man die alte Bogen br cke Pianello ber der Schlucht die sich am linken Bildrand nic
389. ns fail ures In Proc Int Conf on Dam Safety of Dams Coimbra HOEK E LONDE P 1974 Surface workings in rock In Proc 38 Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 3 Denver BLIND H 1983 The safety of dams Water Power amp Construction May 1983 SERAFIM J L COUTINHO RODRIGUES J M 1989 Statistics of dam failures a preliminary report Water Power amp Dam Construction April 1989 ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris TALOBRE M J 1957 La m canique des roches appliqu e aux travaux publics Dunod Paris JAEGER CH 1972 Rock mechanics and engineering Cambridge at the University Press London JANSEN R B 1983 Dams and public safety U S Dept of the Interior Bureau of Reclamation Denver BELLIER J 1967 Le barrage de Malpasset Travaux Juillet 1967 Science et Industrie Paris SNGT 1982 Abnormal behaviour of Zeuzier arch dam Switzerland Special Issue to ICOLD April 1982 Wasser Energie Luft 74 3 Baden SERAFIM J L 1964 The behaviour of arch dams and their foundations Water Power amp Dam Con struction May 1964 SCHNEIDER T 1983 Die Aufgaben des Geologen im Rahmen der 5 Jahres Kontrolle Wasser Energie Luft 75 11 12 Baden THOMAS H 1976 The engineering of large dams J Wiley amp Sons New York HAMEL J V 1976 Libby dam left abutment rock wedge stability Rock Eng for Foundations and Slopes vol I Colorado MULLER L 1964
390. nstruiert oder schematisch angenommen werden wof r n der Pra xis l nderspezifische Ans tze gebr uchlich sind 6 43 Bei ungleich hohen Wasserst nden beiderseits des Sperrenk rpers w rd meist eine geradlinige Begrenzung des Sohlwasser drucks angenommen Abb 6 5a Dies entspricht dem Grenzfall ohne w rksame Drainage 6 24 Bei klaffender Kontaktfuge setzt man den rtlichen hydrostatischen Druck bis zur Rissspitze als Fugenwasserdruck an der Druckabbau erfolgt konzentriert im ungerisse nen durch d e Fundamentlasten st rker beanspruchten Restquerschnitt was theoretisch zu einer konvexen statt zu einer linearen Verteilung f hren sollte Abb 6 5b Abdichtungsin jektionen n Verbindung mit Drainagen helfen die Druckverteilung g nstig zu beeinflus sen Mit dem Einbezug eines Abminderungswerts m lassen sich die Eigenschaften des Felsuntergrundes sowie die Bedeutung und Wirksamkeit der baulichen Massnahmen be r cksichtigen Der geknickte Verlauf des Sohlwasserdrucks Abb 6 5c mit einer Redukti on auf der Linie des Injektionsschirms resp der Drainage st je nach Land und Projektver fasser sehr unterschiedlich So werden Werte von m 0 25 0 5 manchmal auch m 0 75 angesetzt 6 47 6 48 Das grosse Spektrum an Annahmen f r die Verteilung und Intensi t t des Sohlwasserdrucks wird verst ndlich wenn man bedenkt wie subjektiv die Beurtei lung des Fl chengef ges sowie der Wirksamkeit der Abdichtungs und Drainagemassn
391. ntaktfl che resp auf die obere Grenze der Bruchk rpergr sse geben die beobachteten Ausbisslinien e Matrixwechsel Bei einer Lagevariation sollte man bedenken dass eine solche Grenze die Lage von Trennfl chen beeinflussen kann e Verteilung In einer Zone geh uft vorkommende Trennfl chen sind bei der Lagevariation durch entsprechende Wahl der Annahmen zu ber cksichtigen Umgekehrt s nd Felsberei che auszusparen wo bestimmte Scharen nicht vorkommen e Abstand Er legt ber den Verschiebungsbetrag bei der Lagevariation die Gr sse des po tentiellen Bruchk rpers fest Bei engst ndigen Scharen lassen sich mehrere Abst nde zu sammenfassen um peniblen Untersuchungen vorzubeugen Bei abgestuften Kontaktfla chen ndert sich die Geometrie der Stufen resp V4 e berlappung Eine grosse berlappung entspricht in etwa einer betr chtlichen r umlichen Erstreckung Eine kleine berlappung vermindert tendenziell das Bruchk rpervolumen e Materialbr ckenl nge Lange Materialbr cken bewirken eher kleinere Bruchk rper e Variation Sie schl gt sich besonders im angesetzten Verschiebungsbetrag bei der Lageva riation nieder Die Relevanz von Mittel oder Extremwerten muss separat gepr ft werden 5 3 Bruchmechanismus Unter Bruchmechanismus versteht man die Art der Lage nderung eines potentiellen Bruch k rpers im Bruchzustand Ist eine Bewegung rein kinematisch d h ohne Ber cksichtigung von Kr ften denkbar so ist der
392. nur noch auf der Fl che K1 Der Scherwiderstand in dieser rela tiv kleinen Flache ist viel kleiner womit auch der Sicherheitsfaktor viel geringer wird Alle anderen Kurven zeigen tendenziell das gleiche Verhalten Bei denjenigen mit vereister Aus bisslinie tritt der abrupte Sicherheitsverlust jedoch fr her auf Abbildung 12 24 belegt den massgebenden Einfluss des Wasserdruckes auf die Stabilit t Bei Annahme des geometrisch maximal m glichen Wasserdrucks ergeben sich f r beide Bl cke selbst bei einer Koh s on von c 50 kN m Sicherheiten von unter 1 0 auch ohne die ung nstige Annahme einer Ver eisung der Ausbisslinien 12 4 5 Ergebnisse Die Analyse der geotechnischen Gegebenheiten in den Teilgebieten 1 und 2 f hrte zu folgen den Erkenntnissen e Form Die Schieferung in Kombination mit ein bis zwei Kl ften bestimmt massgeblich die Form der potentiellen Bruchk rper Bei den labilen Bl cken ist die Form uneinheitlich e Gr sse Das Volumen potentiell instabiler Felsk rper betr gt im Ausnahmefall einige Hundert Kubikmeter Ansonsten liegen die Volumina im Blocksturzbereich d h zwischen 0 5 und 10 m In der hohen Felsb schung von Teilgebiet 2b ist mit einem Einzelk rpervo lumen von 10 m zu rechnen Dies entspricht der Erfahrung der letzten 30 Jahre blieben doch in der Aufprallzone K rper von 0 5 bis 6 m liegen Steinfall ist berall m glich w hrend f r einen potentiellen Bergsturz kein ad quates Beispiel ge
393. obek rper von ca 0 7 m x 0 7 m x 0 35 m mit Schlitzs gen oder eng gesetzten Bohrungen aus dem anstehenden Fels heraus so dass die Trennfl che die Kontaktfl che bildet Eine geringe Neigung der Scherkraft durch den Schwerpunkt der Kontaktfl che verhindert eine Rotation des Pr fk rpers 7 2 An ker nehmen die Reaktionskr fte auf 7 13 In der Literatur wird auch von Scherversuchen an sehr grossen Probek rpern berichtet wie z B von Jupia BR 5 5 m x 5 5 m x 4 6 m 7 20 Mequinenza ES 4 m x 4 m und 1 5 m x 1 5 m x 8 0 m 7 21 Kurobe JP 3 5 m x 2 5 m x 2 5 m 7 22 oder Grancarevo BA 2 8 m x 1 8 m 7 23 Eine solche Scherverschiebung zerst rt einen allenfalls vorhandenen Dichtungsschleier wodurch sich die Verteilung des Schirmdrucks ndert Die Verschleissprozesse in der Gleitflache erzeugen zudem Abrieb dessen Menge von der Ge steinsfestigkeit der Oberfl chenbeschaffenheit der Scherfl che und der Normalspannung abh ngt Es bleibt offen ob die Drainage unter solchen Bedingungen noch funktionieren wird Der lteste bekannte Feldversuch wurde Ende der Dreissigerjahre f r die Pfeilerstaumauer Beni Bahdel AL durch gef hrt 7 18 Heute realisiert man aus technischen organisatorischen und v a finanziellen Gr nden praktisch keine Grossscherversuche mehr weil f r den gleichen Preis eine Vielzahl von Labordaten geliefert werden k nnen 7 1 Zu dem stammen die niedrigsten Festigkeitswerte oft aus dem Labor da hier d
394. ock 2 V 1621 m Abb 12 21 SPORN a Aufnahme aus dem Modellhelikopter b Ausbisslinien als Resultat der kinematischen Analyse gebildet aus den Trennfl chenscharen K1 fix K2 fix und S2 5 0 m Abstand Bild Fuchser Messtechnik AG Bern 12 13 192 12 Bristenstrasse Als Belastungen wurden am Gel ndemodell das Eigengewicht eine Erdbebenbelastung sowie ein Wasserdruck in den Trennflachen angesetzt Abb 12 22 AutoBlock berechnete daraus je weils automatisch die an jedem potentiellen Bruchk rper wirkenden Kr fte e Eigengewicht G Es wurde f r jeden Bruch k rper aus seinem Volumen und dem Raum gewicht bestimmt v 26 kN m e Erdbebenbelastung E F r sie wurde nach der SIA Norm 160 1989 eine horizontale Ersatzkraft E 0 08 G angesetzt F r B schungen in der Gef hrdungszone 2 muss der Nachweis ausreichender Tragsicherheit nur f r die Bauwerksklasse III erbracht wer Abb 12 22 Einwirkungen auf den Block 2 den Die Zuweisung in die entsprechende von Abbildung 12 21 b ohne Bauwerksklasse obliegt der zust ndigen Be a een h rde weshalb der Einfluss der Erdbeben Biber eich G kraft in die Uberlegungen miteinbezogen _ Erdbebenersatzkraft E 0 08 G wurde Wasserkr fte U e Wasserkr fte Up Der Stabilita tsanalyse f r den SPORN im Bereich B SCHUNG konnten keine Wasseraustritte beobachtet werden legte man zwei Szenarien zu Grunde Zum einen wurde angenommen dass der Zugriss in der
395. oder gleich der exakten L sung sind Aus der Bodenmechanik ist bekannt dass die Grenzgleichgewichtsmethode eine sehr geeig nete Methode f r die Untersuchung des Bruchzustands darstellt Sie folgt den Grund berle gungen der kinematischen Methode vereinfachter Bruchmechanismus erf llt aber weder die Bedingungen des unteren noch des oberen Grenzwertsatzes exakt 4 55 Mit einer geeigneten Wahl des Bruchmechanismus kann diese Methode jedoch eine Antwort geben die sich der korrekten L sung ann hert und in der Praxis bew hrt hat Der gedanklich dem Gesteinsver band entnommene Bruchk rper wird dabei analog dem Untergrund als starr behandelt Eine solche Annahme ist zul ssig sofern seine Verformungen so gering sind im Vergleich zu den Abmessungen dass die Gleichgewichtsbedingungen gen gen Andernfalls m ssten weitere Materialeigenschaften in die berlegungen miteinbezogen werden In der Felsmechanik sind die bei Gleitsicherheitsuntersuchungen an B schungen und Funda tionen vorkommenden Verformungen in der Regel nebensiichlich gt 4 56 Aus diesem Grund eignet sich die simple aber erprobte Grenzgleichgewichtsmethode vorz glich um die Zusam menh nge eines Stabilit tsproblems unter besonderer Ber cksichtigung der kinematischen Bedingungen auszuleuchten Um das gew nschte Ergebnis zu erreichen m ssen folgende Einfl sse Abb 4 10 zumindestens qualitativ korrekt eingesch tzt werden 4 10 e Kinematik Auf
396. on den zugehorigen Abstand von der Versagensgrenze zu bestimmen Eine Wahrschein lichkeit fur das Auftreten eines Versagens wird weder ermittelt noch geschatzt 8 2 1 Nachweiskonzepte Aus der geschichtlichen Entwicklung kann man im konstruktiven Ingenieurbau drei Nach weiskonzepte fur die Gewahrleistung der Tragfahigkeit unterscheiden Den Vergleich von Beanspruchung und Widerstand auf dem Gebrauchslastniveau auf dem Bemessungsniveau oder auf dem Bruchwiderstandsniveau Abb 8 2 8 2 Deterministische Sicherheitsdefinition 119 Bruchwiderstandsniveau 7 Bemessungsniveau Ay E n Are oder Gebrauchslastniveau E Auswirkungen E R Widerstand R f Ry yz Lastfaktor Ya Widerstandsfaktor E G R Abb 8 2 Nachweiskonzepte f r die Gew hrleistung der Tragf higkeit Nachweis auf Gebrauchslast I Bemessungs II und Bruchwiderstandsniveau III I Nachweis auf Gebrauchslastniveau Bei diesem Konzept werden die max malen Auswirkungen in der Bruchfl che aufgrund von Gebrauchslasten berechnet und mit sog zul ssigen Auswirkungen verglichen Abb 8 2 I Gebrauchslasten sind tats chlich auftretende Lasten die nicht mit einem Sicherheitsfaktor erh ht wurden Die zul ssigen Auswirkungen m ssen deshalb niedrig angesetzt werden da sie alleine s mtliche Unsicherheiten abdecken Die Reduktion des Widerstandes kann allge mein oder spezifisch erfolgen z B durch separate Widerstandsfaktoren f r c und 8 6
397. on would apply where the displacing force is the structural load and the resisting force is the in stalled reinforcement However where the resisting force is the shear strength of the rock then this force and the dis placing force are both functions of the weight of the foundation and are not independent variables 8 32 8 3 Probabilistische Sicherheitsdefinition 125 Kinematik Einwirkungen Festigkeit gt D a JN SN a l I gt gt gt Z B aor Z B U Z B Po BEE Monte Carlo Simulator _ Grenzgleichgewichtsmethode Pr Wahrscheinlichkeit Sensitivit t 1 O E U es O E Sicherheitsfaktor Sicherheitsfaktor Abb 8 5 Numerische Simulation zur Bestimmung der Versagenswahrscheinlichkeit P hier anhand einer Summenkurve bzw der Empfindlichkeit des Globalsicherheitsfaktors auf die Anderung einer ein zelnen Dichtefunktion Die Fachwelt steht einer probabilistischen Betrachtung der Tragwerkssicherheit zur ckhal tend ja zum Teil ablehnend gegenuber Dies hat sachliche und psychologische Ursachen e Parameterunsicherheit Die Zuverl ssigkeit der Resultate h ngt von der Qualit t der Ein gabedaten ab Ohne geeignete Datens tze erweist sich die Bereitstellung zutreffender Dichtefunktionen als schwierig 8 26 So lassen sich einige Parameter nur rudiment r er fassen Versatz berlappung Kluftwasserdruck im Bruchzustand oder Erdbebenfall etc Zudem besteht die
398. ondations est la cause la plus importante des dommages survenus dans un mur en b ton Le traitement de ce probleme qui se manifeste normalement sur trois dimensions engendre une difficult essentielle On ne peut qu insuffisamment quantifier les propri t s inh rentes aux zones discontinues l influence des pressions sur le volume rocheux et la r sistance au cisaillement le long des surfaces de glissement C est pourquoi on propose en solution le pro c d a deux tages D un c t on ambitionne une stabilit constructive suffisante de l autre c t une surveillance permanente des volumes rocheux susceptibles de glisser Le present travail se borne a la s curit constructive Il a l objectif suivant Premi rement de d velopper une m thodologie pour analyse de la stabilit des blocs de rupture rocheux po tentiels fond e sur l tat actuel des connaissances deuxiemement de transposer cette m tho dologie dans un nouveau programme d ordinateur en CAD pour aider dans la pratique Le nouveau programme AutoBlock est fond sur un mod le de bloc solide Grace a un mo dele topographique num rique ing nieur est apte a reconnaitre les zones rocheuses en tat critique et a se concentrer sur leur analyse En m amp me temps l peut valuer les cons quences qui relevent des diff rentes hypoth ses concernant la description param trique des disconti nuit s et sa transformation en mod le de bloc de rupture
399. onenachse streichen Abb 5 6 w hrend ein zweiter flach gegen die Luftseite h n ansteigt 5 17 Auch eine Kombination dieses steilen Teils mit einer flach ver laufenden ungef hr senkrecht zur Kronenachse liegenden Schnittlinie kommt vor Die Kr mmung der Kronenachse beeinflusst dabei die Variationsbreite der zul ssigen Schnittli nienrichtung Untersuchungen an ebenen Schnitten senkrecht zur Kronenachse gen gen des halb nur in Ausnahmef llen sie m ssen durch r umliche Betrachtungen ersetzt werden Bei Gewichtsmauern stehen insbesondere die Schnittlinien in Richtung der Blockfugen im Zentrum der Betrachtungen Bei Pfeilermauern darf die Bruchk rperform Abb 5 6 wegen der schmaleren Aufstandsfl che schlanker die Variation der Schnittlinienrichtung st rker sein Bei Bogenmauern sind die Einschr nkungen hinsichtlich der Form am geringsten Gewichtsmauer Pfeilerkopfmauer Pfeilergewolbemauer Bogenmauer Kleiner Bruchk rper Grosser Bruchk rper gt Abb 5 6 Beispiele f r den Einfluss der Gr ndungsfl che auf die Bruchk rperform Grundriss Querschnitt 5 1 Bruchk rperform 67 Situation Langenprofil a Parallele Talflanken b Kurzes Talengnis c Wenig Gefalle d Kurzer Riegel A Zu N Abb 5 7 Beispiele f r den Einfluss der Gel ndeform auf die Bruchk rperform Je konvexer die Kurvatur des Reliefs desto weniger Trennfl chenscharen sind zur Abgrenzung des Felsk rpers erforderlich D
400. onenten 35 Tab 3 4 bersicht ber die Hauptgruppen von Gesteinen 3 3 3 31 3 32 3 33 3 34 Magmatische Gesteine Erstarrungs Eruptiv Massengesteine Tiefengesteine Plutonite In gr sserer Tiefe langsam erstarrte Schmelzfl sse Ganggesteine In verschieden tief liegenden Spalten eines anderen Gesteins erstarrte nicht bis zur Erdoberfl che gelangte Schmelzfl sse Ergussgesteine Vulkanite Auf die Erdoberfl che ausgeworfene oder ausgeflossene durch Abk hlung rasch erstarrte Schmelzfl sse Sedimentgesteine Ablagerungsgesteine Klastische Sedimente Entstehen durch Ablagerung von Bruchst cken verschiedener Korngr s se lterer abgetragener und transportierter Gesteine Chemische Sedimente Entstehen durch Ausf llung gel st transportierter Stoffe bei Verschie bung des L sungsgleichgewichtes Organogene Sedimente Entstehen unter Beteiligung tierischer und pflanzlicher Organismen d h durch Anh ufung von Schalen Hartteilen oder Skelettresten abgestorbe ner Proto und Metazoen durch Anreicherung von Pflanzenresten oder durch aktiv aufbauende T tigkeit riffbildender Tiere und Pflanzen Metamorphe Gesteine Umwandlungsgesteine Kontaktmetamorphe Gesteine Entstehen durch lokale Erw rmung bei Kontakt mit schmelzfl ssigem Magma und den davon ausgehenden Gasen und heissen W ssern Regionalmetamorphe Gesteine Entstehen nach der Versenkung ausgedehnter Erdkrustenareale durch eine weitraumige regional verbr
401. oodman s vector analysis of keyblock rotations J Geotech Geoenv Eng ASCE 124 10 LIN D FAIRHURST C 1988 Static analysis of the stability of three dimensional blocky systems around excavations in rock Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 25 HUNGR O SALGADO F M BYRNE P M 1989 Evaluation of a three dimensional method of slope stability analysis Can Geotech J vol 26 Literaturverzeichnis 253 9 59 KOVARI K FRITZ P 1978 Slope stability with plane wedge and polygonal sliding surfaces Jn Int Symp Rock Mech related to Dam Foundations Rio de Janeiro 9 60 GUSSMANN P 1986 Kinematical element method for 3 d problems in geomechanics In ECON MIG 86 Vol 2 Stuttgart 9 61 CHEN Z WANG X HABERFIELD C YIN J H WANG Y 2001 A three dimensional slope stabil ity analysis method using the upper bound theorem Part I and II Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 38 9 62 LANG H HUDER J 1990 Bodenmechanik und Grundbau 4 Auflage Springer Berlin 9 63 HOEK E LONDE P 1974 Surface workings in rock In Proc 3 Cong of ISRM vol 1 Part A Theme 3 Denver 9 64 KOVARI K 1972 Methoden der Dimensionierung von Untertagbauten In Int Symp f r Untertag bau Berichte SGBF Luzern 9 65 U S ARMY CORPS OF ENGINEERS 1996 Rock foundations Technical engineering and design guides as adapted from the U S Army Corps of Engineers No 16
402. ope stability In Slope Stability Eds Anderson amp Richards J Wiley amp Sons New York SCHNEIDER H J 1978 The laboratory direct shear test an analysis and geotechnical evaluation Bulletin of IAEG 18 12 PRATT H R BLACK A D BRACE W F 1974 Friction and deformation of jointed quartz diorite In Proc 3 Cong of ISRM vol 2 Part A Denver NICHOLSON G A 1983 Design of gravity dams on rock foundations Sliding stability assessment by limit equilibrium and selection of shear strength parameters Technical report GL 83 13 U S Army Corps of Engineers Vicksburg LINK H 1967 Zur Beurteilung und Bestimmung der Gleitsicherheit von Gewichts und Pfeilerstau mauern Wasserwirtschaft 57 1 Franckh sche Verlagshandlung Stuttgart KUTTER H K FIGUEROA A 1973 Ermittlung eines einfachen Kennwertes zur Bestimmung der Restfestigkeit von Gesteinstrennflachen Rock Mech Suppl 2 Springer Wien Ruiz M D DE CAMARGO F P 1966 A large field shear test on rock In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa JIMENEZ SALAS J A URIEL S 1964 Some recent rock mechanics testing in Spain Jn On the Practice of Foundation Rock Investigation in Austria Eds Clar Miiller Pacher Petzny amp Stein b ck 8 Talsperrenkongress vol 1 Edingburg NOSE M 1964 Rock test in situ conventional tests on rock properties and design of Kurobegawa No 4 dam based thereon In On the Practice of Fo
403. orhandene Koh sion kann bei tief angesetztem Reibungswinkel ber cksichtigt werden wobei auf Versuchsresultate oder allenfalls in der Literatur publizierte Resultate zur ckgegriffen werden sollte Beispiele aus der Literatur 8 31 8 32 St ndige Einwirkungen yz 0 85 1 25 ver nderliche Einwirkungen yg 1 0 1 5 Wasserdruck yz 0 85 1 25 8 22 2 Koh sion yr 1 5 2 8 33 3 5 Reibungswinkel tan yg 1 2 1 3 8 33 1 5 2 beide zusammen yp 1 3 1 5 Hierzu folgender Hinweis In small dams the loads applied on the rock are also small and therefore the cohesion implies a very important percentage of the total shear strength of the rock In high dams specially in arch dams the cohesion plays a secondary roll and the stability of the work depends on the 8 3 Probabilistische Sicherheitsdefinition 123 TAYLOR f hrte 1948 separate S cherheitsfaktoren f r die Scherparameter ein um die Stabili t t von Lockergesteinsb schungen zu untersuchen 8 12 8 16 Diesen Ansatz erweiterte BRINCH HANSEN indem er zur Bemessung von St tzmauern und Fundamenten Teilsicher heitsbeiwerte f r Einwirkungen verwendete Die Faktoren wurden sp ter verfeinert um noch gezielter auf die Unsicherheiten besonders die statistische Streuung einzugehen Damit wollte man die S cherheitsdefinition n her an die Wahrscheinlichkeitstheorie r cken 8 22 II Nachweis auf Bemessungsniveau F r massgebende Bemess
404. ormbaren Untergrundes auf den Sperrenk rper erforderlich Auf s e wird hier nicht n her eingegangen R umlich beschr nkt sich das Auftreten von instabilen K rpern keinesfalls auf die Felsfunda tion Das Ph nomen beobachtet man auch im brigen Gebiet der Sperrstelle sowie in jenem des Staubeckens Dort gef hrdet es das Tragwerk direkt oder indirekt Im ersten Fall w ren Personen oder Sachsch den auf das Ereignis selbst im zweiten Fall auf eine Schwallwelle zur ckzuf hren die beim raschen Eintauchen eines Felsk rpers n eine Stauhaltung entsteht 4 31 Abbildung 4 4 zeigt hierzu drei denkbare Situationen e Die Bildung eines instabilen Felsk rpers unterhalb des Sperrenk rpers verringert die Ab messungen der Fundation und kann u U zur Ausbildung neuer instabiler K rper unter dem Sperrenk rper f hren Abb 4 4 a Solche Vorkommnisse kennt man z B von Moyie Ri ver US 1926 Alla Sella Zerbino IT 1935 Dobra HR 1954 Frayle PE 1961 Ger los AT 1963 64 meist verursacht durch Erdbeben oder Hochwasser 4 8 4 26 4 32 e Die Bildung eines instabilen Felsk rpers oberhalb des Sperrenk rpers kann beim Nieder st rzen zu Sch den f hren Abb 4 4 b Bei der Libby Staumauer US 1971 4 33 muss te ein grosser instabiler Felsk rper direkt ber dem linken Widerlager gesichert werden Die Bildung eines instabilen Felsk rpers im Staubecken h ufig l ngs der Seeuferlinie 1m Fluktuationsbereich des Wasserspi
405. orphosegrad bleiben die Prim rtexturen erhalten oder werden durch neue Texturen ersetzt So kann zum einen das Material durch Re und Umkristallisationensvorg nge gef gem ssig homogenisiert werden Zum andern kann durch den gerichteten Druck eine Einregelung vorhandener plattiger Mine rale bzw ein geregeltes Wachstum von Mineralneubildungen erfolgen Diese Schieferung die eine leichtere Teilbarkeit des Gesteins in paralleler Raumstellung hervorruft ist die dominie rende Textur der weitgehend kompakten Metamorphite 3 30 Mittel bis grobk rniger Gneis l sst sich in cm bis dm dicke Platten spalten bl ttrig stengeliger Schiefer in mm bis wenige cm dicke Der feink rnige Phyllit spaltet sich leicht in mm d nne Bl tter 3 2 2 Trennfl chen In Staumauern f hren behinderte Form nderungen zu Rissen Zur Vorbeugung dienen Fugen die das Bauwerk n Abschnitte aufteilen Je nach Art handelt es sich dabei um effektive oder potentielle Trennfl chen z B Dilatations Betonierfugen Im Vergleich dazu sind die Trenn fl chen im Felsuntergrund nat rlichen Ursprungs und damit in ihrer Auspr gung vielf ltiger Plattenf rmiger Gesteinsk rper gleicher Zusammensetzung mit verh ltnism ssig geringer M chtigkeit 3 3 Planare Paralleltextur hervorgerufen durch Farb Korngr ssen Kornform oder Materialunterschieden des abgelager ten Sedimentes urspr nglich als Horizontal oder als Schr g Diagonal Kreuzschichtung 3 34 Die
406. ortant most difficult and most neglected tasks in the field of dam foundations 2 47 Bei Gef hrdungsbildern arbeitet man mit Annahmen die Folgerungen lassen sich begr nden sind aber nicht zwingend Im Gegensatz dazu sind die Pr missen bei den Untersuchungsmethoden axiomatisch h lt man an den Grundannahmen fest so ist der Rest zwingend Wahre Pr missen und logisch korrekte Folgerungen ergeben demnach richtige Resultate 2 6 Modellierung 23 Abgrenzung des Systems den Anfangs und Randbedingungen oder den Materialeigen schaften erforderlich Das System kann sich dabei in zwei oder drei Dimensionen er strecken derweil die Bedingungen aus dem Typ der Staumauer und dem betrachteten Zustand resultieren Die Erfassung notwendiger Materialeigenschaften geschieht im Labor oder im Feld Sie beruht auf den bekannten Verfahren der Fels und Bodenmechanik Es liegt in der Natur der Sache dass die Modelle nur die an sie gestellten Fragen beantworten keines vermag die Wirklichkeit vollumf nglich zu erfassen Die Ergebnisse s nd folglich nur Prognosen ber das sp tere Verhalten die je nach Genauigkeit der massgebenden Kennwerte und Wirklichkeitsn he des Modells abweichen Doch selbst wenn die Ergeb nisse h ufig nur einen rein hypothetischen Charakter haben lassen sich damit zumindest die Abh ngigkeit verschiedener Modellgr ssen studieren sowie Ursache und Wirkung erkl ren Der Entwurf eines speziellen Modells des Untergrundes war
407. otentiale in Funktion der Zeit f r drei verschiedene Drucktransmit ter Der tiefe Seespiegel 1987 ist auf Unterhaltsarbeiten an der Abdichtungsfolie zur ckzuf hren 11 12 riation der gemessenen Po tentiale und der Seespiegel h he v llig unterschiedlich In Abbildung 11 5 a folgt das hydraulische Potential exakt dem Verlauf des Seespiegel in b ist der Einfluss der See spiegelschwankungen 30 m unterhalb der Gr ndungsfuge noch immer deutlich erkennbar Ab 1992 zeigen die Potentiale bei Erreichen des Stauziels eine leicht sinkende Tendenz auf Ganz anders verhalten sich die Messwerte in c An dieser Stelle steigen sie bis 1989 kontinuierlich an um sp ter auf einer bestimmten H he zu stagnieren Piezometrische Messwerte werden zwar in genau bestimmten Punkten eines Bohrlochs abge lesen m ssen aber dem ganzen durch Packer definierten Messintervall zugeordnet werden a b 15 7 A 10 _ _ 5 3 A B x EEE ap a E an ne ee Q BRPPET TE O Bohrlochtiefe m Bohrlochtiefe m 0 0 20 40 60 40 60 Abb 11 6 Schwankungsbreite der gemessenen Dr cke in Funktion der Bohrlochtiefe f r zwei Bohrungen Die Geraden zeigen den hydrostatischen Druck bei maximalem A resp minimalem Seestand B a Messwerte bei maximalem Seestand in PD 2 b Messwerte bei minimalem Seestand in PD 3 In Abbildung 11 6 sind die in zwei Bohr l chern gemessenen Dr cke in Funktion der Tiefe bei konstant
408. oundation Classes erstellt Ca 115 000 Anweisungen in englischer Sprache inkl Kommentar wobei man auf einen bersichtlichen gut wartbaren Quellcode Wert legte durch Kommentierung im Code Ausn tzung des objekt orientierten Paradigmas 10 12 selbsterkl rende Variablenbenennung nach der erweiterten Ungarischen Methode etc 14 Teilprogramme die sich zu den Gruppen Tragwerk Digital Terrain Model Bruchk rperanalyse Kinematical Loading Conditions Strength und berech nung Computation Export sowie Diverses Back to Dialog Zoom to DTM Save View as Reset Preferences Help About AutoBlock Exit AutoBlock zusammenfassen lassen Abb 10 4 Am Ende der Teilprogramme erscheint ein Dialogfeld bestehend aus einem Dialogfenster und mehreren elementen Die mit ab_ beginnenden AutoBlock Befehle sind durch das Abroll resp Untermen oder ber die AutoCAD Befehlszeile aufrufbar u a mit Keyboard accelerators Ausgabe von Graphik und Textdaten mit den M glichkeiten von AutoCAD Graphikdaten werden auf separaten Layern in der AutoCAD Zeichnungsdatei Text daten in einer internen Datenbank gespeichert f r Benutzer nicht direkt interpre tierbar Der Berechnungsgang kann jederzeit unterbrochen Zwischenresultate wer den gespeichert oder fortgef hrt werden Beim Laden eines AutoBlock Zeich nungsfiles wird automatisch auch die Datenbank eingele
409. oundations In Symp on Problems and Prac tice of Dam Engineering Bangkok 3 40 FRANKLIN J DUSSEAULT M 1989 Rock engineering applications McGraw Hill New York 3 41 BRUNNER F K SCHEIDEGGER A E 1973 Exfoliation Rock Mech 5 Springer Wien 3 42 TWIDALE C R 1973 On the origin of sheet jointing Rock Mech 5 Springer Wien 3 43 SARKARIA G S ANDRIOLO F R 1995 Special factors in design of high RCC gravity dams Int Water Power amp Dam Construction Part I April 1995 3 44 NONVEILLER E 1989 Grouting theory and practice Developments in Geotechnical Engineering 57 Elsevier Amsterdam 3 45 EWERT F K 1985 Rock grouting with emphasis on dam sites Springer Berlin 3 46 EWERT F K 1997 Permeability groutability and grouting of rocks related to dam sites Dam Engi neering VIII 1 4 f 3 47 LUGEON M 1933 Barrages et geologie Dunod Paris 3 48 FREEZE R A CHERRY J A 1979 Groundwater Prentice Hall Englewood Cliffs New Jersey 3 49 DEUTSCH R 2003 Ver nderung der Durchl ssigkeits und Stabilit tsverh ltnisse 1m Untergrund von Talsperren Felsbau 21 3 3 50 KOVARI K FRITZ P 1993 Re evaluation of the stability of large concrete structures on rock In Comprehensive Rock Engineering vol 4 Ed Hudson Pergamon Press London 3 51 DR VOLLENWEIDER AG 2000 Zustands berpr fung von Fundationen bestehender Kunstbauten VSS 544 Z rich
410. potentiellen Bruchk rpern mit einem jeweiligen Volumen von unter 20 m Blick ca in Richtung SE Der Abstand der roten Trennfl chenschar betr gt 1 m der jenige der gelben 0 5 m Schar und das max male Volumen 0 3 5 m ein so reduziert sich die Anzahl Bruchk rper auf einen Viertel Neben der ussersten rechten Ausbisslinie von Abbildung 12 16 wird die Profilkurva tur der Felsoberfl che unregelm ssiger die Plankurvatur gewellter Die hier n einem n chsten Berechnungsgang gefun denen Bruchk rper Abb 12 17 s nd bis auf einen sehr klein V lt 0 3 m F r die gew hlten Parameter st somit ein Block sturz nur an einer Stelle Steinfall hinge gen berall m glich Dies entspricht zwar der Einsch tzung vor Ort ist aber mit der gebotenen Vorsicht zu betrachten h ngen doch Berechnungen von solch kleinen Bruchk rpern massgeblich von der G te des digitalen Gel ndemodells ab Mit an Abb 12 17 Strasse Die berechneten Kontaktfl chen lassen bereits visuell erste R ckschl sse zu Von den abgebildeten keilf rmigen po tentiellen Bruchk rpern weisen neun ein Volumen von 0 04 bis 0 3 m einer von 7 4 m auf deren Worten Obschon das Programm exakt rechnet muss das Resultat keinesfalls den tat s chlichen Gegebenheiten entsprechen Trotz dieser Einschr nkung sind die modellm ssige Abbildung in situ dentifizierter Bruchk rper und das Suchen nach weiteren mit der gleichen Form hilfr
411. r Grad der Rauhigkeit h ngt vom Korngef ge und von der Genese der Trennfl che ab Die verzahnten kleinmassst blichen Unregelm ssigkeiten sind in der Re gel zuf llig verteilt und werden bereits bei kleinen Normalspannungen in den Kontaktzo nen abgeschert zuerst die steileren dann die flacheren 7 35 Der Betrag der Gl ttung h ngt in erster Linie von der Normalspannung dem Scherweg und der Gesteinsfestigkeit ab 7 42 Die Bedeutung der Rauhigkeit sinkt mit gr sserer ffnungsweite steigendem F llgrad oder zunehmendem Betrag einer fr heren Verschiebung 7 39 Bei gleichen Normalspannungen liegt die H chstfestigkeit von rauhen Trennfl chen ber jener von glat ten Trennfl chen 7 17 Richtungsabh ngige Merkmale des Mikroreliefs finden normaler weise keine Berucksichtigung bei der Festlegung der Scherparameter Verwitterung Bedingt durch Verwitterungsprozess v a in den Tropen aber auch im ge m ssigten Klima ist die Festigkeit des Gesteins im unmittelbaren Bereich einer Trennfl che h ufig geringer als jene von intaktem Gestein Mit zunehmender Verwitterung sinkt die Festigkeit bzw steigt die M glichkeit eines Abscherens von Unebenheiten wobei das Ausmass vom Korngef ge abh ngt Gesteine mit einer kompakten Textur z B Tiefenge steine verwittern weniger als solche mit einer por sen Textur z B Klastische Sedimente Abstand Vergleichende Beobachtungen an Bruchfl chen von Aufschl ssen und Gesteins probe
412. r Proportionalitatsfaktor X der sog Durchlassigkeitsbeiwert der Trennflache ergibt sich aus dem Widerstandsgesetz von POISEUILLE Wenn die Rauhigkeit der Trennflachenwandungen ein bestimmtes Mass uberschreitet d h sich die Wandungen beruhren und somit Hindernisse bilden so geht die Str mung in eine nichtparallele Spaltstr mung ber F r diesen Fall hat LOUIS 6 37 einen Beiwert k aus Versuchsergebnissen abgeleitet Die Abgrenzung zwischen den Bereichen der parallelen und nichtparallelen Str mung erfolgt mit Hilfe der relativen Rauhigkeit k D Bei gef llten Trennflachen entspricht der Durchlassigkeitsbeiwert k dem Beiwert Ay der F llung a Por ses Medium isotrop b Gekl ftetes Medium anisotrop Bohrloch Bohrloch 86 6 Einwirkungen A Parallele Str mung Nichtparallele Str mung k D lt 0 032 k D gt 0 032 ne V l No 8 m s laminar laminar aD RR turbulent turbulent a KID n a Be Ye 3f v0 2 8 7 X NS i 2a 0 5 mm E 02 2a 1 0 mm Bee en D ve a g p ae p em 2a 0 1mm ee k D 0 2 net K D 0 K D 0 02 p 5 10 15 20 i Abb 6 3 Fliessgeschwindigkeit v in Abh ngigkeit vom hydraulischen Gradienten i der Spaltweite 2a und der relativen Rauhigkeit k D k absolute Rauhigkeit der Trennflachenwandung D hydrauli scher Durchmesser 4a 6 38 6 39 Eine furbulente Str mung kommt im Fels nur in Ausnahmef llen vor Die
413. r lokal durch einen Betonblock ersetzt Schwere Regenf lle f hrten 1938 zum Anspringen der Hochwasserentlastung worauf es am luftseitigen linken Widerlager zur Instabilit t von zwei grossen Felsk rpern kam Der eine l s te sich ca 15 m vor der Mauer und erstreckte sich rund 60 m in die H he Ursache Untersp lung des Felsb schungsfusses Vibrationen der andere l ste sich von der Talflanke neben der Hochwasserentlastung 1971 ereignete sich ein schweres Erdbeben mit Epizentrum 6 6 km n rd lich der Sperrstelle Im linken Widerlager wurden maximal 1 25 g in beiden horizontalen Richtun gen sowie 0 7 g in vertikaler Richtung gemessen Dabei bildeten sich unter dem Betonblock zwei grosse instabile Felsk rper mit einer gemeinsamen Gleitfl che ohne dass die Mauer versagte 4 3 Versagensmechanismen 53 Abb 4 5 Gewichtsmauer St Francis links nach dem Versagen des Felsfundamentes rechts 4 26 562 m M Identifizierter Teilk rper Felsoberfl che vor Versagen Felsoberfl che nach Versagen 1 Verbliebener Mauer block in Abbildung 4 5 Abb 4 6 Querschnitt und luftseitige Ansicht der Mauer mit nachtr glich identifizierten Teilk rpern 4 27 Um das Ph nomen besser zu verstehen wurden wichtige Informationen ber einzelne gut do kumentierte R ckschl ge zusammengefasst In der bersicht sind getrennt nach der Art der Staumauer und in alphabetischer Abfolge Tab 4 1 2 gravierende Ere
414. r sichtbaren Abschnitt in Teil 1 In Abbildung 12 12 ist die berh ngende Felsoberfl che deutlich erkennbar deren Abbildung mit bisher erh ltli chen Programmpaketen zur Konstruktion digitaler Gel ndemodelle ebenso wenig m glich war wie die Modellierung eines Tunnels 184 12 Bristenstrasse Felswand oberkante Vierter Tunnel Vierte Wendeplatte b Abb 12 10 AutoBlock Modell eines Ausschnitts des dreigeteilten Untersuchungsgebietes mit Blick in Rich tung S a und NE b Die farbliche Abgrenzung entspricht jener in Abbildung 12 4 Der hervor gehobene Ausschnitt im Teil 1 stlich des vierten Tunnels wird in den Abbildungen 12 11 bis 12 17 vertieft untersucht Abb 12 11 Der in Abbildung 12 10 hervorgehobene Ausschnitt in der Realit t Blick in Richtung SE Abb 12 12 Kanten und Fixpunkte Kreise im Teil 1 die im Dreiecksnetz f r ein pr ziseres digitales Gel ndemodell zu ber cksichtigen w ren Als Ausgangsdaten dienten einerseits diskretisier te H henlinien mit 5 m quidistanz aus bestehen den Planunterlagen andererseits ein grobmaschi ges Gel ndemodell f r das gesamte Untersu chungsgebiet Es wurde als Arbeitsgrundlage erstellt um geplante Sicherungsmassnahmen gra phisch festzuhalten 12 12 Eine separate Ansicht brachte den berh ngenden Teil zur Darstellung indem man die Isolinien der Oberfl chenpunkte mit gleichem Horizontalabstand von einer Verti kalebene aufzeichnete Erwartu
415. r zusammengesetzte Bruchk rper haben u a ANAGNOSTI 1969 HOVLAND 1977 KOVARI amp FRITZ 1978 GUSSMANN 1982 CHEN amp CHAMEAU 1983 XING 1988 und CHEN ET AL 2001 vorgeschlagen 9 58 9 59 9 60 9 61 9 3 Beurteilung Die G te der einzelnen Untersuchungsmethoden insbesondere fur die Verwendung in der Praxis kann daran gemessen werden ob s ch rasch und bersichtlich massgebende Einfluss faktoren von jenen trennen lassen welche das Ergebnis nur unwesentlich beeinflussen 9 62 Mit einem solchen Hintergrund wird der Ingenieur gest tzt auf seine praktischen Erfahrun gen auf seine theoretischen Kenntnisse und auf evtl vorhandene Messresultate mit gutem Gewissen die Verantwortung f r seine Entscheidungen bernehmen 9 64 Physikalische Modelle Experimentelle Methoden waren an den untersuchten Sonderfall gebunden 9 1 Besonderes Augenmerk musste auf die Wahl der Modellmaterialien und massst be hnlichkeitsgesetze werden oft verletzt sowie auf die Nachbildung des Fl chengef ges im Fels gerichtet werden 9 3 9 65 Die notwendigen Idealisierungen und Vereinfachungen beim Modellaufbau und der Art der Belastung brachten mit sich dass die Ergebnisse nur f r Vergleichszwecke und qualitative Beurteilungen herangezogen wurden 9 16 Die aufwendigen Modelle waren zwar hilfreiche Forschungs und Lehrmittel indem s e Bruchvorg nge n sehr anschaulicher Weise darstellten liessen aber kein Variantenstudium mi
416. ragestellungen einer rechnerischen Pr fung unterzogen werden In der Tat stellen Berechnungen erst in einer sp teren Projektphase ein n tzliches Instrument dar f r ein besseres Verst ndnis des Kr ftespiels oder zur konstruktiven Durchbildung von Massnahmen Im Folgenden werden am Beispiel der Bristenstrasse wichtige Aspekte der neuen Methodik zur Beschaffung all jener Elemente erl utert die als Grundlagedaten in Stabilitatsiiberle gungen und berechnungen einfliessen 12 1 Weiter wird aufgezeigt wie man mit Auto Block eine konkrete Gefahr schrittweise analysieren eingrenzen und konstruktiv l sen kann wu r a i C E a ka oe Bee q Abb 12 1 Luftbild der siidlichen Flanke des Maderanertales mit dem untersuchten Abschnitt der Bristen strasse zwischen Amsteg unten rechts und St Antoni oben links 176 12 Bristenstrasse 12 1 Ausgangslage Die Bergstrasse Amsteg Bristen ist die einzige befahrbare Verbindung zwischen dem Reuss und dem Maderanertal F r ihre ununterbrochene Ben tzung sprechen zwei Gr nde Einerseits pendeln viele Be wohner des Maderanertals ins Reusstal andererseits besuchen zahlreiche Touris ten das reizvolle Seitental Der Verkehr setzt sich haupts chlich aus Privatautos Lastwagen und mehrmals t gl ch zirkulie renden Postautos zusammen Der zwei Kilometer lange Strassenab Abb 12 2 Felssturz vom 19 01 1995 oberhalb der schnitt zwischen Amsteg 526 m M und St
417. rallel zum seeseitigen Mauerfuss und wies bei abgesenktem Stau see eine ffnung von 8 mm bei h chstem Seespiegel eine solche von 16 mm auf 11 3 Messungen im Untergrund 163 Die Beobachtung warf eine Reihe wichtiger Fragen auf ber die allf llige Existenz Lage und Erstreckung weiterer solch aktiver Kl fte welche die Durchl ssigkeit in der Fundation ent scheidend beeinflussen Da deren Beantwortung auf theoretisch rechnerischem Weg ausge schlossen war ging man empirisch von folgender Hypothese aus W rde man entlang einer Messlinie den l ckenlosen Verlauf der Axialdehnung infolge der Seespiegelschwankungen kennen so markierten allf llige scharfe Spitzen das Vorhandensein aktiver Kl fte 11 1 Das geeignete Instrument f r die Be stimmung des Dehnungsverlaufs entlang einer Bohrung ist das Gleitmikrometer 11 7 Es erlaubt die Messung differen tieller Verschiebungen zwischen zwei Messmarken in ein Meter Distanz Im Sommer 1980 wurden n den Bl cken 14 und 16 in zwei Querschnitten sechs Boh rungen abgeteuft und insgesamt 400 m Messrohre eingebaut Abb 11 2 11 1 Die ausgewerteten Ablesungen deckten es Stauchung das Vorhandensein akt ver Kl fte auf und 3 67 AREA f rderten damit das Verst ndnis f r das unerwartete Tragwerksverhalten Sie bes ie Abb 11 4 Mit dem Gleitmikrometer gemessener tatigten nicht nur die Fortsetzung des Dehnungsverlauf entlang zweier Bohrl bereits erw hnten aktiven
418. rden e Eigengewicht G Es errechnet sich aus dem jeweiligen Bruchk rpervolumen und dem Raumgewicht von y 26 8 kN m 14 3 Das Eigengewicht G von Bruchk rper betr gt zum Beispiel zwischen 8 117 bis 10 564 MN e Eigengewicht G Fundamentlast F Die Fundamentlast auf den Felsk rper aus Tab 14 1 bei voller Stauh he setzt sich in der ca 153 m langen Gr ndungsfl che aus folgenden Komponenten zusammen 14 3 Fy 3 770 MN vertikal nach unten 000 90 Fo 5 000 MN parallel zur Mauerachse 308 00 Fr 3 330 MN senkrecht zur Mauerachse 038 00 e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkraft Ux gt Auf die vertikal angenommene Abl sefl che beim oberwasserseitigen Mauerfuss Abb 14 13 kann m ung nstigsten Fall eines vertikalen Zugrisses ein Wasserdruck entsprechend der vollen Stauh he wirken Demgegen ber wirkt in den Kontaktfl chen des Bruchk rpers kein Wasserdruck e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkr fte U Uber die Verteilung und Intensit t des Wasserdrucks entlang den Kontaktfl chen S K gt und K des potentiellen Bruchk rpers herrscht Unklarheit Jede Annnahme st mit erheblichen Unsicherheiten behaftet In Ana logie zum Gutachten 14 3 untersuchen wir die Auswirkung einer Erh hung des mittleren Wasserdrucks bis zu jenem Wert bei welchem Abl sen von den Kontaktfl chen stattfin det Daneben setzt man auch den oberwasserseitigen Wasserdruck in der Abl sefl che K gt entspreche
419. rden Die Pfeile zeigen die Horizontalkomponenten der Fundamentlast f r zwei verschiedene See stande aus einer raumlichen nichtlinearen FE Berechnung 9 42 ern Beispiele Gewichtsmauer Arnon FR die Bogengewichtsmauern Amaluza EC und Katse ZA Abb 9 7 die Bogenmauern Limmernboden CH Gigerwald CH Emosson CH 9 14 Vouglans FR Poiana Rusca RO Foum Gleita MR Turkwel KE Abb 9 8 Santa Rosa MX Rapel CL Longtan CN sowie die Kuppelmauern Malpasset FR Zillergr ndel AT Canelles ES Oymapinar TR und Reza Shah Kabir IR o SUKLJE amp DRNOV EK 1967 9 44 untersuchen die Bewegung eines Polyeders auf maxi mal 2 Gleitfl chen nur unter Eigenlast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast Die Kontaktflache kann auch die Form einer logarithmischen Spirale an nehmen Beispiele Bogenmauern Grancarevo BA und Mratinje ME e HENDRON CORDING amp AIYER 1971 9 45 untersuchen die Translation und Rotation eines Tetraeders mit 2 freien Oberfl chen und maximal 2 Gleitfl chen nur unter Eigen und Auflast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast e HOEK BRAY amp BOYD 1973 HOEK amp BRAY 1996 9 46 9 47 untersuchen die Translation eines Keils mit Zugriss auf maximal 2 Gleitfl chen c unter Eigenlast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast Gilt heute weltweit als Standardmetho de fur Felsb schungen und Steinbr che 136 9 Un
420. rdnung von Gegengewichten in Form von rund 20 m langen 9 5 m hohen Betonk sten All diese Konzepte sind technisch machbar und stiitzen die Briicke wie einen eingespannten Balken der Horizontalbewegungen infolge Temperatur nderungen zul sst FE Berechnungen an einem homogen isotropen Modell haben zudem ergeben dass sich die bef rchteten Schwierigkeiten mit dem verformbaren Untergrund in Grenzen halten sofern lokal keine nachgiebigeren Bereiche vorkommen Die Umsetzung der L sungsans tze erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Br ckeningenieuren Zwei Vorschl ge f r die konstruktive Gestal tung s nd n Abbildung 13 20 skizziert Es liegt auf der Hand dass man bei der Durchbildung der Br ckenfundamente auf die Eigen heiten des Untergrundes R cksicht n mmt Folgende Faktoren sind dabei in die berlegungen miteinzubeziehen e Sondierungen Gegen unliebsame berraschungen knapp unterhalb der Gr ndungsfl che Karstph nomene gef llte Trennfl chen etc sollten je vier bis sechs kurze Sondierboh rungen abgeteuft werden Andernfalls sind systematische Injektionen vorzusehen oder die Kr fte tiefer einzuleiten e Injektionen Der Bereich unterhalb der Gr ndungsfl che sollte vor dem Aushub mit gerin gem Druck injiziert werden wodurch die Verformbarkeit rtlich abn mmt Dies reduziert die Setzungen infolge Eigengewichts vor dem Zusammenschluss der Br cke Freivorbau e Finbettung Es wird vorgeschlagen die Br ckenfundamente
421. re has been much research aimed at finding whether flow in fissures is laminar or turbulent but it has been found that the difference is relatively unimportant as far as seepage forces are concerned It is in all events much less impor tant than the other factors affecting flow 6 30 Determining the conductivity tensor is still a matter of research and can hardly be useful in designing an actual founda tion The only practical tool available to the engineer at present consists of trying to foresee every possible type of be haviour and introducing it into the design analysis in the form of a model 6 30 6 3 Wasser 87 meinertes Gesetz nach DARCY drangt sich dann auf wenn die Anzahl Trennflachen gross resp der Trennflachenabstand klein ist gegenuber dem untersuchten Felsbereich Einzelele mente wie Storzonen oder aktive Klufte die je nach Lage Raumstellung und Ausbildung den Verlauf der Aquipotentialflachen im Felsfundament entscheidend zu beeinflussen verm gen erfordern eine gesonderte Ber cksichtigung Die Durchl ssigkeit eines gekl fteten Mediums h ngt von der ffnungsweite und F llung der Trennfl chen ab Je undurchl ssiger ein durchstr mter Bereich desto geringer st die Menge des durchstr menden Wassers und desto gr sser w rd der lokale Druckabbau Die Kenntnis ber die absolute Durchl ssigkeit eines Felsfundamentes ist deshalb weniger wichtig als viel mehr jene ber rtliche Unterschiede 6 30 Solche
422. rechnung st tzte man sich auf das AutoCAD Land Development Desktop Programm Die Gel ndeoberfl che wurde mit einem Dreiecksnetz modelliert das sich fur DTM Oberfl chen mit Zwangsseiten besonders eignet Abb 14 6 Anhand des Resultats l sst sich anschaulich ein Vergleich zwischen den direkt und indirekt bereitgestellten H hen linien anstellen Abb 14 7 Erwartungsgem ss f hren die vektorisierten H henlinien der Abb 14 7 Schattierte Fl chenmodelle a DHM 25 mit rechteckiger Aussenberandung b Digitalisierte H henlinien ohne Bruchkanten Abb 14 8 mit Bruchkanten Bruchkanten sind Speziallinien welche die sp tere Erzeugung von 3DFaces entlang definierter Kanten erzwingen 14 3 Digitales Gelandemodell 219 Landestopographie zu einem groberen Abbild Die Qualit tssteigerung aufgrund der Bruch kanten ist sowohl beim Reno di Lei als auch beim Platz 1m oberen Teil des linken Widerla gers zu erkennen Ein nachtraglicher Einbezug der Strasse luftseits der Grundungsflache er leichtert die Orientierung in bedeutendem Mas se Abb 14 8 Die drei Flachenmodelle bele gen dass jeder Entscheid tiber Art und Umfang der Datenerfassung von der Genauigkeit ab hangt die zur Losung der Aufgabenstellung erforderlich ist Mit zunehmender Detailtreue erhohen sich die Datenmenge und die Rechen zeiten Abb 14 8 Flachenmodell des linken Wider lagers mit Bruchkanten Oben er kennt man den Platz vorne die 14 3 2 Volumenmodell
423. reicht der einen ersten praktischen Einsatz zuliess Die Daten der Gel ndeoberfl che wurden von der Fuchser Messtechnik AG Bern in Form von mehreren Dreiecksnetzen separate Netze f r berh ngende Bereiche Punktdaten sowie Pl nen zur Verf gung gestellt 12 14 Die gelieferten Dreiecksnetze konnten jedoch aus Au toBlock spezifischen Gr nden sowie wegen der gew hlten Bereichsaufteilung nicht impor tiert werden Es dr ngte sich daher eine Neuerstellung des Oberfl chennetzes anhand der Punktdaten auf Eine aufwendige Nachbearbeitung von Fehlstellen in den neu generierten Netzen war dabei unumg nglich Das mit AutoBlock generierte Gel ndemodell mit mehreren berh ngenden Bereichen ist aus Abbildung 12 19 a ersichtlich Die entsprechend dem ho 190 12 Bristenstrasse Isench li N Abb 12 19 Das mit AutoBlock aus mehreren Dreiecksnetzen erstellte Volumenmodell mit Blick in Richtung E a bersicht ber den Teil 1 des Untersuchungsgebietes mit hohem Detaillierungsgrad b Aus schnitt mit niedrigerem Detaillierungsgrad Das gr ne und braune Teilmodell SPORN bzw B SCHUNG stlich des vierten Tunnels TUNNEL bildet die Flanken des 55 m langen 1 8 m breiten Isench li Sie werden in den Abbildungen 12 20 bis 12 24 vertieft untersucht hen Detaillierungsgrad umfangreiche Datenmenge erschwerte jedoch mit der damals noch nicht optimierten Programmversion eine s nnvolle Bearbeitung Aus diesem Grund wurde manue
424. ren Erkennen im Gel nde heikel ist Zudem behindert die Dreidimensionalitat eine manuelle Bestimmung der charakte ristischen Werte enorm Gr sse der Kontaktfl chen Volumen der Bruchk rper etc Aus diesem Grund haben sich viele bisherige Untersuchungsmethoden auf wenige geometrisch einfach zu ermittelnde K rper konzentriert ebene Modelle Keil Tetraeder ob damit n der Realit t alle massgebenden F lle wirklich abgedeckt werden konnten ist fallweise zu beurtei len 9 72 Kurzum es zeigt sich mit aller Sch rfe dass dem Ingenieur ein leistungsf higes Werkzeug zur Abgrenzung Erfassung und Visualisierung von potentiellen Bruchk rpern im Raum fehlt Die Eigenentwicklung einer speziellen Software ist zwingend erforderlich Limit load type of analysis predicts only the possibility of continuous movement and determines the conditions for un controlled unlimited displacement which is referred to alternatively as collapse Clearly if at any stage such collapse conditions are reached or are evidently in progress then there is little point in pursuing a detailed displacement analy sis 9 70 Im brigen bleibt in vielen theoretischen Ans tzen auch das Momentengleichgewicht ausgeklammert 140 10 AutoBlock Das Computerprogramm AutoBlock stellt ein neuartiges einfach zu bedienendes Hilfsmit tel f r die Praxis dar Das auf der Grenzgleichgewichtsmethode basierende Werkzeug erlaubt dem Ingenieur in einem digitalen Gel
425. rkung nur als zus tzliche Sicherheit zu werten t This knowledge had already been gained by Italian and Spanish engineers in the 16th century If the stability in terms of the inclination of the resultant of the forces was maintained the same as with the vertical upstream face a buttress dam inclined 50 on both faces permitted a theoretical reduction of the dam s mass by 64 6 49 96 6 Einwirkungen tierenden Kr fte in den Pfeilerscheiben nicht mehr talparallel Diese Einfl sse sind umso st r ker je gr sser der ffnungswinkel des Gew lbes gew hlt wird Die Ber cksichtigung ausser ordentlicher Einwirkungen f hrt zu dickwandigen Mauern weil bei Ausfall eines d nnwandi gen Gew lbes der Horizontalschub der Nachbargewolbe nicht mehr aufgenommen werden kann Bogenmauer Diese schlanken Schalen unterscheiden sich grunds tzlich von den bisher besprochenen Mauern Zylindermauern tragen den Was serdruck in erster Linie horizontal ber Bo genwirkung zu den Talflanken ab 6 59 ltere Mauern haben oft einen gr sseren ffnungswinkel als modernere was bei tal parallelen H ngen nicht selten sehr kleine Schnittwinkel zwischen den Resultierenden der Bogenkr fte und dem Hang ergibt Bei Gleichwinkelmauern sucht man den Schnitt winkel der K mpfertangente in einzelnen Horizonten mit den entsprechenden H hen linien des Tals konstant zu halten Bogen mauern mit doppelter Kr mmung Kuppel mauern leiten die angrei
426. rl uterung aller Eigenschaften als vielmehr auf der sachlichen Kl rung der da f r notwendigen Begriffe Nach der Abgrenzung des Tragwerks und der Zusammenstel lung empirischer Versagensmechanismen wird am Beispiel der vertrauten Stabilitatspro bleme bei Felsb schungen dargelegt unter welchen Gesichtspunkten die quantitative Un tersuchung potentieller Bruchk rper erfolgen sollte e Unter dem Stichwort Problemanalyse zerlegt man die Aufgabenstellung in die drei Teil probleme Kinematik Einwirkung und Festigkeit und setzt sich mit den wichtigsten Einflussfaktoren auseinander Im Zentrum der Betrachtungen stehen die kinematischen Voraussetzungen der Wasserdruck und der Scherwiderstand e Unter dem Stichwort Problembeurteilung wird eine kurze bersicht ber die g ngigen Sicherheitsdefinitionen gegeben Im Anschluss daran unterzieht man die bisherigen Unter X Zusammenfassung suchungsmethoden einer kritischen Pr fung und begr ndet die spezielle Eignung der ber sichtlichen Starrk rpermodelle Sie erlauben wesentliche Parameter zu identifizieren und die Auswirkungen kleiner Abweichungen auf das mechanische Verhalten sichtbar zu ma chen S mtlichen r umlichen Modellen gemein ist jedoch ein gewichtiger Nachteil Zur Umgehung geometrischer Erschwernisse idealisieren sie die komplexe Geometrie der Ge l ndeoberfl che so stark dass unter Umst nden kritische Bruchk rper gar nie zum Gegen stand vertiefter Betrachtung
427. rreiche Textur lassen erwarten dass d e Gesteinseigenschaften f r die Stabilit t der Felsb schung von untergeordneter Bedeutung sind 12 5 12 6 12 7 Trennfl chen kommen in mannigfaltiger Auspr gung vor Ihre Eigenschaften wurden entsprechend den in Kapitel 3 1 3 aufge listeten Aspekten erfasst Anschliessend gruppierte man alle bekannten Elemente des Fl chengef ges n f nf Kluftscharen drei genetisch unterschiedliche Schieferungsarten sowie diver Abb 12 7 Potentieller se Einzelst rungen und Scherfl chen Insgesamt weisen die n meisten Trennfl chen einen variablen Streubereich der Raum een stellung auf Einige kommen nur in Einzelf llen vor andere deuten auf eine Verkippung kleinerer Felspakete hin Die hn lichen Merkmale in unterschiedlichen B schungsbereichen legen den Schluss nahe dass auch n den verdeckten Bereichen die gleichen Trennfl chen vorliegen Die Eigenschaften jeder Art wurden abschnittsweise dokumentiert wobei man Wasseraustritte aus dem Trennfl chen gef ge speziell vermerkte Eine direkte klar erkennbare Fortsetzung markanter Trennfl chen in angrenzende Abschnitte konnte nicht festgestellt werden 12 3 4 Sturzgef hrdete Felsk rper Folgende zwei Arten instabiler Felsk rper sind zu unterscheiden Potentielle Bruchk rper Abb 12 7 und labile Bl cke Abb 12 8 Unter einem potentiellen Bruchk rper verstehen wir einen Felsk rper in einem Aufschluss an dessen Kontaktfl
428. rucks innerhalb des gekl fteten Felsens nur in weni gen Punkten zu bestimmten Zeiten Auch die Verteilung ist nur schwer erfassbar e Diagnostische Messprogramme zur berwachung der Fundation k nnen aus Kosten gr nden lediglich in beschr nktem Ausmass angeordnet werden Eine vorg ngige Wahl bestimmter Messgr ssen die an einzelnen Punkten beobachtet werden sollen muss auf grund der standortspezifischen Problemstellung getroffen werden 1 2 Ausgangslage 3 e Die Behandlung des Problems hat in der Regel dreidimensional zu erfolgen da die Raum stellung der Trennfl chen in Bezug auf die Bauwerksachse sowie die Topographie von ent scheidender Bedeutung ist Diese Auflistung legt den Schluss nahe dass nur ein zweistufiges empirisches Vorgehen Aussicht auf Erfolg hat Es gliedert sich wie folgt 1 5 Stufe 1 Gew hrleistung konstruktiver Sicherheit durch Studium des vorhandenen Trennfl chengef ges Identifizierung m glicher Bruchk rper berpr fung der jeweiligen kinematischen Bedingungen und Kontrolle der Gleichgewichtsbedingungen f r je den einzelnen Bruchk rper anhand geeigneter Modelle Stufe 2 Permanente messtechnische berwachung potentieller Bruchk rper um fr hzeitig Anzeichen einer m glichen Bewegung erkennen zu k nnen 1 2 Ausgangslage Stabilit tsuntersuchungen an potentiellen Bruchk rpern k nnen zum einen experimentell zum andern mathematisch vorgenommen werden Bei beiden Methoden wurde der Unter
429. rund 69 Mio m Inhalt ein Abb 11 1 1977 traten nach einem l ngeren Voll stau berraschend hohe Sickerwasserverluste sowie Wasseraustritte an der linken Talflanke auf Sie gaben Anlass zu einer gr ndlichen berpr fung der Fundation und zur Einleitung konstruktiver Massnahmen 11 1 Den Erfolg der Sanierungsarbeiten best tigten Messungen mit pr zisen Instrumenten die noch heute eine berwachung erm glichen Die im Zuge der Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse ber den anstehenden Fels und die vor handenen Messeinrichtungen wa ren entscheidende Faktoren 1987 1992 am selben Standort ein Forschungsprojekt ber die Si ckerstr mung m gekl fteten Fels durchzuf hren 11 2 Das Haupt gewicht lag dabe auf Feld messungen und der Interpretation der Daten mit Hilfe numerischer Berechnungen 1995 entschloss sich die Stadt Z rich alle bekann ten Unterlagen ber die Felsfun dation aufzuarbeiten und die rele vanten felsmechanisch hydrauli schen Beziehungen in einem Mo dell des Untergrundes darstellen zu lassen 11 3 11 4 Auf den n chsten Seiten wird am Beispiel Albigna dargelegt wie schwierig zum einen die Einsch t zung der Sickerstr mung in einem gekl fteten Fels st Zum andern wird das in Kapitel 2 6 erl uterte Modell des Untergrundes konkre tisiert welches neben den geome tr schen Gr ssen v a die 1m Hin blick auf die Stabilit t Verform barkeit und Durchl ssigkeit mass gebenden E
430. s Kobe BERGAMIN ST KOVARI K 1993 Staumauer Albigna Resultate der Piezodex und Gleitmikrome termessungen Messperiode 10 5 1989 31 12 1992 Inst fiir Geotechnik Professur fiir Unter tagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht BERGAMIN ST KOVARI K 1993 1995 Staumauer Albigna Resultate der Piezodex und Gleitmi krometermessungen Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffent lichter Bericht BERGAMIN ST KOVARI K 1997 2000 Staumauer Albigna Resultate der Piezodexmessungen Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht KOVARI K BERGAMIN ST 1994 Joint opening and head distribution in the foundation rock of the Albigna Dam In Proc 7 Int IAEG Congress Lisboa LOCHER TH 1997 Stabilit t des Untergrundes Bericht Geologie Z rich unver ffentlichter Be richt 12 Felsb schung Bristenstrasse 12 1 12 2 12 3 12 4 BERGAMIN ST KIRCHHOFER P FILIPPINI R 2000 Felsb schung Bristenstrasse Untersuchungen und Masssnahmen zur Erh hung der Sicherheit Schw Ing und Arch SI A 9 Z rich KOVARI K BERGAMIN ST KIRCHHOFER P REICHMUTH R 1998 Felsb schung zwischen obers ter Wendeplatte und St Antoni Felsmechanische Untersuchungen zur Gef hrdung der Bristen strasse Inst f r Geotechnik Professur f r Untertagbau ETH Z rich unver ffentlichter Bericht KOVARI
431. s failure should be analysed and how the influence of various factors should be incorporated in the design These problems are common to all rock slope designs and there are no simple short cuts Once this basic fact finding process has been completed and the mechanics of the problem have been defined the manner of the presentation of the final results be comes a matter of personal reference and of convenience of communication 4 58 62 5 Kinematik In der Technischen Mechanik bezeichnet die Kinematik das rein geometrische Studium der Lage und Gestalt nderung von K rpern ohne Bezug auf Kr fte 5 1 Die Statik untersucht die Kr fte an ruhenden Systemen Die Kinetik befasst sich mit der Verbindung zwischen Kr ften und Bewegungen im Raum Im vorliegenden Fall gilt es zun chst festzustellen wie sich ein identifizierter potentieller Bruchk rper bewegen k nnte bevor er einer kinetischen Analyse unterworfen wird Kapitel 9 5 2 5 3 Vertiefende Betrachtungen zur Lage nderung setzen voraus dass die Geometrie des Bruch k rpers bekannt ist Sie wird durch die Form der Felsoberfl che und das Gef ge des Felsun tergrundes bestimmt Von beobachteten Instabilit ten bei Felsb schungen ist bekannt dass die Abgrenzung des Bruchk rpers gegen ber dem Untergrund die sogenannte Kontaktfl che weitgehend von einigen wenigen Trennfl cheneigenschaften abh ngt Unser vorder gr ndiges Interesse ist deshalb der Fragestellung gewidme
432. s and failures of dams In Question 75 General Report ICOLD 18 Congr Florenz BUNDESAMT F R WASSER UND GEOLOGIE 2003 Sicherheit der Stauanlagen Basisdokument zu dem Nachweis der Erdbebensicherheit Berichte des BWG Serie Wasser Version 1 2 Biel WIELAND M 2004 Zur Erdbebensicherheit bestehender Talsperren In D A CH Mitteilungsblatt Band 79 ICOLD 1975 A review of earthquake resistant design of dams Bulletin 27 Paris LENHARDT W 1996 Zur Absch tzung von Erdbebenbelastungen Felsbau 14 5 KLICHE CH 1999 Rock slope stability Soc for Mining Metallurgy and Exploration Inc Colo rado U S ARMY CORPS OF ENGINEERS 1996 Rock foundations Technical engineering and design guides as adapted from the U S Army Corps of Engineers No 16 ASCE New York CHRISTIAN J URZUA A 1998 Probabilistic evaluation of earthquake induced slope failure J Geotech Engrg ASCE 124 11 THOMAS H 1976 The engineering of large dams J Wiley amp Sons New York BURY K KREUZER H 1985 Assessing the failure probability of gravity dams Int Water Power amp Dam Construction November 1985 VELTROP J 1975 Safety design criteria and numerical analysis of concrete dams Jn Int Symp on Criteria and Assumptions for Numerical Analysis of dams Swansea DUNGAR R 1991 Bounded safety evaluation and its application for seismic loading of arch dams Dam Engineering II 2 HOEK E LONDE P
433. s repr sentative Werte es sind meist charakteristische Werte 8 9 8 2 3 Globalsicherheitsfaktoren Globalsicherheitsfaktoren decken alle Unsicherheiten wie sie in den Eigenschaften des Un tergrundes den am Tragwerk angreifenden Einfl ssen oder im Modell enthalten sind ge samthaft ab Die empirisch entstandenen Werte sind je nach Definition und Bemessungssitua tion verschieden und variieren von etwas mehr als 1 bis 5 oder noch mehr 8 11 Eine solche Festlegung noch vor Einf hrung des Sicherheitszuschlags l sst einen breiten Ermessensspielraum offen Some engineers use the mean value while others use the most conservative of the measured strength 8 1 ICOLD bemerkt dazu The conservatism of the criteria should be a function of the state of ignorance of the designer 8 12 t The concept of a factor of safety in stability estimates was introduced by B LIDOR 1729 and COULOMB 1773 who both suggested placing a value of 1 25 on the width of retaining walls determined from earth pressure theory 8 13 8 2 Deterministische Sicherheitsdefinition 121 In der Literatur gab die Definition geeigneter Globalsicherheitsfaktoren seit jeher Anlass zu Diskussionen Die heutige Praxis im Talsperrenbau sie behandelt v a die Gleitsicherheit eines Mauerblocks ist denn auch durch zwei massgebende Sicherheitsdefinitionen gekenn zeichnet Sie verringern entweder den Scherwiderstand in den Gleitflachen mit einem F
434. scheiden Im Falle eines globalen Versagens umfasst der Bruchk rper die gesamte Aufstandsfl che oder einen Gross teil davon z B Versagen eines Widerlagers wie bei Malpasset Im Falle eines lokalen Ver sagens beschr nkt er sich auf die Gr ndungsfl che eines Mauerblocks oder eines Teils davon Abb 5 18 Ein potentieller Bruchk rper darf indes nicht beliebig klein sein Seine In stabilit t muss noch eine kritische Situation f r das Tragwerk darstellen keine K rper von wenigen Kubikmetern Gr sse Er darf berdies n cht vollst ndig unter der Gr ndungsfl che verschwinden Ein Abschnitt seiner Ausbisslinie muss stets auf der Luftseite sichtbar sein Bei Gewichtsmauern umfassen gr ssere Bruchk rper zumindest einen Mauerblock Abb 5 6 w hrend kleinere vielleicht einen Drittel davon beanspruchen Dies gilt auch f r Pfei lermauern doch legen die zum Teil sehr schlanken Pfeiler eine Untersuchung von noch ge r ngeren Volumina nahe Bei Bogenmauern d rfte d e untere Grenze f r Bruchk rper ber jener der d nnen Pfeilerplatten oder Pfeilergew lbemauern liegen Dies wiederspiegelt auch folgende Aussage von GOODMAN 2004 the sliding surfaces that menace any block usu ally also occur elsewhere in the vicinity so that blocks similar to the problem under investigation may in fact exist in many different parts of the rock slope and in various sizes from very small to huge 5 26 5 2 Bruchk rpergr sse 75 a b
435. schichte sr en u 154 LOS ENO te he ne ee re ee RE 155 10 4 Weiterentwicklins sa u un 157 Felsfundation Staumauer Albigna 000ssseuosssssssssssnuunnnnsssssnsssnunnnsssssssssnnssnnnnnnse 159 ME ANUS ANOS las Sessel eis esesiiele 160 11 2 TMS CHIMES SC OIL ee een ee 160 ZI SBeHESste Me ee E er et 160 11 22 Bauwerk erst een ee aioe A meee 161 11 3 Messungen im Umber orn sans rau 162 11 3 1 Gleitmiikrometermessunsn ze ee ea era a ee None 162 11 32 PIE ZO CIS KAM SST en une ee ta 163 113 3 Koppline ame een arena kenn 165 11 42 Beschreibung des Untlerstundes ae een 166 DM A NGOS UC AI ae ae er E E O AN 168 EZ TTD NET ren ee er 168 H Mo IS errungen ensemble 170 11 5 1 bersicht nnnnnnnneeneeeeennnnnnnnnnnnnnnnnnnneennennnnnnnnnnnanaenennennnnnnnnnnannnn 170 EI SSDSAHNanmEen 2er ea ee es 170 ELS S Tete lle eoe eases ee u ee 171 1 1 6 gt Schlussfoleer nsetsaa ae sae aeseatnaens deco auto neta 174 Felsb schung Bristenstrasse 000000s0ssssssuuunnnsssssssssnnnunnnnnssssssssnnunnnnnsssssssssssnnnnnnse 175 or aS ins laser een a ee eu 176 12527 Untersuchunssscbie a an ee du mtanaarna mune aan teneanasiee 177 12 5 2Gesichente Erkenntnisse eisernen staunen 178 12 3 L RE21sttierte Erelonisse sea ee teen Nasen Asse nd 179 1232 Topoa ph E ae een len 179 Fs sare ee Reon ne ec eR E een PRATER AT 180 12 34 SUEZ SCT Ala CE Ces Te CIS KOE ans ee 180 12 3 5 BestehendeS cherungsmassnaimen we u 181 12 4 Pelskorpersna
436. se Spaltbarkeit ist auch entlang von Schichtfugen zu beobachten bezeichnen manche als latente Kl ftung 3 28 3 2 Komponenten 37 Die effektiven Trennfl chen im Fels teilte DAUBR E 1880 erstmals in Lepto Dia und Para klasen ein Mit der Zeit setzte sich das Merkmal einer stattgefundenen Bewegung durch so dass heute zwischen St rungen sichtbare Relativverschiebung der R nder und Kl ften nicht sichtbar unterschieden wird Die potentiellen Trennfl chen lassen sich in Fl chen des Prim r und des Sekund rgef ges gliedern Die bei der Gesteinsbildung entstehenden Grenzfl chen zwischen verschiedenen Gesteinen Prim rgef ge gibt es bei den Magmatischen Gesteinen und bei den Sedimentge steinen Unter tektonischer Beanspruchung nehmen die Schichtfugen neue Formen an und werden zu Elementen des Sekund rgef ges zu denen auch die Schieferungsfugen der Me tamorphen Gesteine geh ren Verheilte Kl fte sind ebenfalls potentielle Trennfl chen St rungen St rungen s nd Trennfl chen mit betr chtlicher Erstreckung und einem deutlich sichtbaren Versatz der Schollenr nder 3 35 Der Versatz geht auf ein tektonisches Ereignis zur ck Das benachbarte Gestein zeigt oft ein Steilstellen oder eine Schleppung benachbarter Schichten so dass Gesteinspakete unterschiedlicher Zusammensetzung aneinander grenzen k nnen Je nach M chtigkeit relativer Lage und Versatz unterscheidet man e St rungsfl che
437. sen Digitalisierte Oberfl chen m ssen in folgenden Formaten vorliegen AutoCAD kompatible bin re Dateien mit 3DFaces durch 3 oder 4 Eckpunkte gebil dete Fl chen die nicht in einer Ebene liegen AutoCAD kompatible bin re Dateien mit geschlossenen 2 3D Polylinien verbun dene Liniensegmente Textdateien mit Datenarten 45 und 58 gem ss den Regelungen f r die elektroni sche Bauabrechnung 22 013 des deutschen Bundesamts f r Bauwesen und Raumordnung Die mit geeigneten Drittprogrammen erzeugten Daten werden per AutoCAD Zeich nungsdatei in AutoBlock eingef hrt Als Variante kann man auch einen digitalisierten Kartenausschnitt aus dem Internet herunterladen Beim DHM25 Matrixmodel des Bundesamtes f r Landestopographie lassen sich z B die Daten f r das Format DXF direkt ber Polymesh Maschenmodell Drahtgitter oder Polyface Fl chenbeschrei bung einlesen Bauwerksk rper werden separat als Volumenmodelle konstruiert und ber eine AutoCAD Zeichnungsdatei importiert Die in der internen Datenbank abgelegten Textdaten k nnen einer ASCII Datei ber geben in ein Drittprogramm Excel Word o a eingelesen und dort nach Belie ben ausgewertet und dargestellt werden Ihr tabellarischer Aufbau orientiert sich an den Eingabewerten und Zwischenresultaten der Teilprogramme Jedes erzeugte Bild l sst sich separat abspeichern und weiter verwenden wobei die bergabe graphi scher Daten ber das DXF DWG Format realisiert
438. setzten Kontaktfl chen der betrachteten Felsk rper bringt zum andern wenn man sich darauf besinnt dass ein wirksa mer Drainageschleier den Wasserdruck in den Trennfl chen massgeblich reduziert 14 2 Vorgeschichte 217 Potentieller Bruchk rper 1 Schnitt n n 1900 Schieferung S n Y r h Kluftschar K 1850 V 50 750 m 7 1800 Potentieller Bruchk rper 2 Schnitt n n n K D 1850 V 113 800 ms N R lt II 1 7 N le yi at i 1 1800 IN A PP FT fp NA ACE SEPT i BS EST yore x5 en r De Potentieller Bruchk rper 3 Pg ae ot er bts Schnitt n n Spickel V 2 800 m n 1800 V 630 600 m Abb 14 5 Ergebnis einer methodischen Suche nach massgebenden Gleitmechanismen Sie erfolgte von Hand indem Vertikalschnitte in einem Abstand von je 50 m parallel zur jeweiligen Schnittgeraden gelegt wurden Die Keilform der Felsk rper und geht auf die Schieferung S Fallazimut winkel 050 30 und die Kluftschar K 150 70 zur ck Der potentielle Bruchk rper ergibt sich durch Verschneidung der Schieferung S Extremwert 070 20 mit je einer Trennfl che von Ky Extrem wert 150 110 und K vertikale Abl sefl che Mit Spickel ist ein Teil des dritten Felsk rpers bezeichnet der bereits f r sich einen potentiellen Bruchk rper darstellt 14 3 218 14 Staumauer Valle di Lei 14 3 Digi
439. sfundation auseinandersetzte 14 3 Bei die sen Untersuchungen sollten im Besonderen die Auswirkungen der vorhandenen fl chenhaften Drainage ber cksichtigt werden Die im Rahmen der Arbeiten gewonnenen Erkenntnisse bil deten eine willkommene Grundlage zur Anwendung von AutoBlock Hierbei will man das bisher erl uterte Vorgehen noch einmal exemplarisch aufzeigen sowie anhand von Berech nungsresultaten kontrollieren ob das Programm in der Lage ist der urspr nglich angestrebten Zielsetzung zu gen gen Abb 14 1 Ansicht der Staumauer Valle di Lei mit Stausee und luftseitigem Gel nde 214 14 Staumauer Valle di Lei 14 1 Untersuchungsgebiet 14 1 1 Sperrstelle Die Topographie an der Sperrstelle 1800 m M zwischen dem Piz dil Crot und dem Passo del Scengio ist durch flache Hange gekennzeichnet Abb 14 2 Der Talquerschnitt nahert sich einem gleichschenkligen Dreieck von 135 m Hohe und 550 m Breite H he Mauerkrone 14 4 Das Verh ltnis H he zu L nge betr gt rund 1 4 und liegt bereits nahe an der Grenze des f r Bogenmauern noch g nstigen Verh ltnisses Das Gef lle der Talsohle ist gering Der Untergrund besteht aus Fest und Lockergestein wobei die Felsoberfl che luftseits der Mauer nur vereinzelt zu Tage tr tt Abb 14 3 Im Bereich der Fundationsflache wird das Korngef ge von Chlorit Serizitgneis und Glimmerschiefer das Trennfl chengef ge von der Schieferung S und vier Kluftscharen K K3 beherrscht Ihre Rau
440. sgruppe Talsperrenbeobachtung Baden 2 8 MURAWSKI H 1983 Geologisches W rterbuch 8 Auflage Enke Stuttgart 2 9 LABHART T 1986 Geologie Einf hrung in die Erdwissenschaften 5 Auflage Hallwag Bern 2 10 TERZAGHI K PECK R 1948 Soil mechanics in engineering practice J Wiley amp Sons New York 2 11 DEERE D U PATTON F D 1971 Slope stability in residual soils In Proc 4 Panamerican Conf on Soil Mech and Found Eng vol 1 Puerto Rico 2 12 LONDE P TARDIEU B 1975 Practical rock foundation design for dams In Proc 1 6 Symp on Rock Mech Minneapolis 2 13 GOGUEL B 1991 Dam foundations on rock In General report Proc 7 Int Congr on Rock Mech vol 3 Aachen 2 14 FRANKLIN J DUSSEAULT M 1989 Rock engineering applications McGraw Hill New York 2 15 SCHNITTER N 1994 A history of dams the useful pyramids A A Balkema Rotterdam 2 16 PRESS H 1958 Stauanlagen und Wasserkraftwerke 1 Teil Talsperren Wilhelm Ernst amp Sohn Berlin 240 2 17 2 18 2 19 2 20 2 21 2 22 2 23 2 24 2 25 2 26 2 27 2 28 2 29 2 30 2 31 2 32 2 33 2 34 2 35 2 36 2 37 2 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 Literaturverzeichnis NATIONAL RESEARCH COUNCIL COMMITTEE ON THE SAFETY OF EXISTING DAMS 1983 Safety of existing dams evaluation and improvem
441. sichtsbeh rde Die in Vor schriften festgelegte ordentliche berwachung besteht einerseits aus den regelm ssigen Kon trollen des Zustandes und des Verhaltens der Stauanlage samt Umgebung durch den Verhaltensanomalie bez glich der Verformung Durchsickerung des Sperrenk rpers Untergrundes innere Gefahr Naturereignisse Bewegung einer Talflanke instabile Lockergesteins Festgesteins Eis Schneemasse oberhalb Stausee Hochwasser Erdbeben ein Sabotageakt oder eine milit rische Einwirkung ussere Gefahren 2 38 Als Ursache kommt ein nat rliches oder ein ausgel stes Ereignis in Frage z B Hochwasser Erdbeben oder Folgen menschlicher Einwirkungen wie Sabotage Explosion Bombardierung etc Weiter kennt man auch ausserge w hnliche und projektbedingte Ursachen Hierzu geh ren z B ein Ausfall der Stromversorgung oder mechanischer Anlagen ein mangelhaftes Projekt Unterdimensionierung falsche Annahmen Ausf hrungs Materialfehler etc oder der aktuelle Sperrenzustand z B Rissbildung Alterung Abnutzung Auswaschen des Injektionsschirms 2 37 2 5 Sicherheitskonzept 19 Tab 2 1 berwachung von Stauanlagen grosse Anlagen weisen eine Stauh he von ber 40 m oder einen Stauraum von ber 50 000 m auf 2 7 Ordentliche berwachung Verst rkte berwachung e Regelm ssige Kontrolle Zustand Mind 1 visuelle Kontrolle Woche Verhalten Mind 1 Kontrollmessung Monat W hrend
442. sig akzeptiert wird Abb 10 13 Die Wir kungsl nge erlaubt die modellm ssige Erfassung von Vorspannankern Abb 10 11 13 Man versteht darunter den Abstand A A iw resp A fAiw der beiden Kr fte einer Gleichge wichtsgruppe in Richtung des Wirkungsstrahls ab A resp Aip Der Kraftvektor K im Bruchk rper wird n Rechnung gesetzt und ausserhalb dargestellt falls der eine Endpunkt der Wirkungsl nge ausserhalb Aussenpunkt der andere innerhalb oder auf seiner Ober fl che liegt Innenpunkt Ein Freispielanker der einen Bruchk rper zwar durchdringt dessen Anfangs und Endpunkt aber ausserhalb oder innerhalb liegen bleibt ohne Ein fluss auf das Kr ftespiel und wird nicht ber cksichtigt Mit einem solchen Vorgehen lassen sich beliebig viele Lastf lle untersuchen ohne dass die zeitaufwendige Bestimmung der kinematisch m glichen Bruchk rper wiederholt werden muss Die Wirkungsstrecke ist der vollst ndig im Bruchk rper liegende Abschnitt der Wirkungsl nge Abb 10 11 Eine Pro jektion der Kraft auf die Felsoberfl che beeinflusst in beiden Fallen sowohl die Darstel lung als auch deren rechnerische Ber cksichtigung Die Reduktion aller vorhandenen Lastgr ssen auf je eine Gesamtresultierende pro ausgew hl ten kinematisch zul ssigen Bruchk rper geht folgenderweise vonstatten Das Eigengewicht jedes potentiellen Bruchk rpers bestimmt s ch aus dessen Volumen multipliziert mit dem mittleren Raumgewicht Die Erdbebenbelastung erh
443. snahmen zu vergleichen 1 5 Vorgehen 7 In den Kapiteln 11 bis 14 konkretisieren vier Fallbeispiele aus der Praxis die theoretischen Ausf hrungen Es handelt sich dabei um Projekte die der Autor nach der hier dargelegten Methodik bearbeitet hat Bei drei Beispielen steht die Felsfundation eines Bauwerks im Zen trum der Betrachtungen Diejenige einer Verbundbriicke Muro Lucano einer Gewichts mauer mit Hohlr umen Albigna und einer Bogenmauer Valle di Lei Ein weiteres Beispiel behandelt die felsmechanischen Untersuchungen zur Gef hrdung der Bristenstrasse einer Bergstrasse in einer sehr steilen Felsb schung unterhalb von St Antoni Alle vier Anwen dungen vertiefen anschaulich wesentliche Aspekte der vorgeschlagenen Vorgehensweise Sie sollen dem Ingenieur in der Praxis aufzeigen wie man im konkreten Fall Stabilitatsprobleme im bert gigen Felsbau mit wissenschaftlichem Anspruch l st 2 Grundlagen 2 1 Tal Ein Tal ist ein langgestreckter abfallender Einschnitt in der Erdoberfl che der nach einer Seite hin ge ffnet ist Er entsteht durch die erodierende T tigkeit von Wasserl ufen oder Glet schern die der Verbindungslinie seiner tiefsten Punkte Talweg linie folgen Den niedrig sten meist flachen Teil bezeichnet man als Talsohle boden oder grund Seitlich liegen die H nge resp Flanken die man in Fliessrichtung mit links oder rechts bezeichnet vor springende Bereiche heissen Sporne oder Riegel In eine
444. speziellen Fallen wird die Eigenlast durch vertikale im Untergrund verankerte Zugglieder erh ht vorgespannte Mauern oder durch Hohlr ume vermindert Hohlpfeilermauern reduziert auch Auftrieb in Gr ndungsfl che Bei Bogengewichtsmauern injiziert man die radialen Blockfugen aus um einen Teil der angreifenden Kr fte ber Gew lbewirkung in die Talflanken einzuleiten Die resultierende Fundamentlast f r die massgebenden Lastf lle greift in einer Vertikalebene n der Mitte jedes Mauerblocks an Die Beanspruchung des Untergrundes erfolgt v a n Tall ngsrichtung 6 48 Pfeilermauer Die geringere Eigenlast wird bei aufgel sten Mauern durch die Wasserauflast kompensiert Die Krafteinleitung ber die st rker beanspruchten Pfeiler in den Felsuntergrund geschieht ebenfalls in Tall ngsrichtung Bei Pfeilerkopf und Pfeilerplattenmauern wird der einzelne Mauerblock Pfeiler mit dazugeh riger St tzwand untersucht wobei man zun chst annimmt dass sich benachbarte Bl cke nicht gegenseitig abst tzen 6 59 Diese berlegung fordert m glichst breite Pfeiler K nnten doch Komponenten der usseren Belastung in Mauerl ngs richtung vorkommen z B durch Erdbeben Anprall einer instabilen Masse Pfeilerbogen mauern erhalten bei Beschleunigungen quer zur Talrichtung asymmetrische Belastungen auf die gekr mmte Stauwand inf Eigenlast dyn Wasserdruck Gleichzeitig verlaufen die resul DIN 19700 Teil 11 6 58 empfiehlt die Bogenwi
445. spunkt 7 der Einzelkraft K Endpunkt der Wirkungslinie der Einzelkraft X ab A A oder A N chstgelegener Durchstoss oder Ber hrungspunkt der Wirkungslinie der Einzelkraft X mit der Bruchk rperoberfl che Teilfl che k der Bruchk rperoberfl che Maximales Schadensausmass N chstgelegener Durchstoss oder Ber hrungspunkt der Wirkungslinie mit der Bruchk rperober fl che Endpunkt der Wirkungsstrecke der Einzelkraft K ab A oder Ap Vektor des Auftriebs Breite der Gr ndungsfl che Schlankheitskoeffizient F VH Koh sion Effektive Koh sion der F llung Effektive Koh sion des Gesteins Restwert der Koh sion des Gesteins Koh sion der Teilfl che k der Bruchk rperoberfl che Effektive Koh sion in der Gef geebenen von anisotropem Gestein Scheinbare Koh sion der Trennfl che Restwert der Koh sion der Trennfl che Verschiebung Abstand Probenh he Hydraulischer Durchmesser Elastizit tsmodul Elastizit tsmodul von Beton Elastizit tsmodul von Fels Vektor der Erdbebenbelastung Vorhandene am Bruchk rper angreifende Kraft durchstr mte Fl che abgewickelte durch Sperre abgeschlossene Fl che des Talquerschnittes Gesamtfl che der intakten Gesteinsabschnitte Materialbr cken Maximal m gliche am Bruchk rper angreifende Kraft Gesamtfl che der Trennfl chen Vektor der Resultierenden aller Fundamentlasten Vertikal nach unten gerichtete Komponente von F Parallel zur Mauerachse gericht
446. sruhe WITTKE W 1984 Felsmechanik Grundlagen f r wirtschaftliches Bauen im Fels Springer Berlin Literaturverzeichnis 247 6 39 WITTKE W 1990 Rock mechanics theory and applications with case histories Springer Berlin 6 40 SNOW D T 1965 A parallel plate model of fractured permeable media Ph D dissertation Univer sity of California Berkeley 6 41 RISSLER P 1998 Talsperrenpraxis R Oldenbourg Verlag M nchen 6 42 BOLLRICH G 1996 Technische Hydromechanik Band 1 Grundlagen 4 Auflage Verlag f r Bau wesen Berlin 6 43 SNGT 1992 Auftrieb bei Betonsperren Arbeitsgruppe Auftrieb Baden 6 44 DE BOER R SCHIFFMANN R L GIBSON R E 1996 The origins of the theory of consolidation the Terzaghi Fillunger dispute G otechnique 46 2 6 45 LAUFFER H 1999 Findings old and new relating to the dam foundation problems encountered at Malpasset F Sta Maria CH and K lnbrein A as predicted by D C Henny in 1929 Dam En gineering X 1 6 46 WITTKE W LOUIS C 1966 Zur Berechnung des Einflusses der Bergwasserstr mung auf die Standsicherheit von B schungen und Bauwerken in zerkl ftetem Fels In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa 6 47 DEERE D 1976 Dams on rock foundations some design questions In Proc of Specialty Conf of Geotechn Eng Div Rock Eng for Foundations and Slopes ASCE Boulder 6 48 RESCHER O J 1981 Geomechanische Mod
447. ssers auf ihrer ganzen L nge berflutet In der Fol ge verschoben sich 14 Mauerbl cke auf einer L nge von 400 m in Richtung Luftseite wobei zwei Mauerbl cke aufrecht stehen blieben Die Gleitfl che entsprach entweder der Kontaktfuge oder lag knapp darunter im geschichteten Sandstein Die Einbindung betrug 0 6 m Schlechtere Fels bereiche hatte man durch Beton ersetzt Khadakwasla IN Matrix Mauerwerk Magmatisches Gestein Kenndaten H he L nge 40 1472 m Fertigstellung 1879 Versagen 1961 gt f nf Betriebsjahre Ph nomen Ein Hochwasser f hrte zum Versagen des Panshet Damms einige Kilometer oberhalb Die Flut welle ergoss sich in den vollen Stausee schwappte 2 7 m ber die Mauerkrone und erodierte die Felsoberfl che auf der Luftseite 4 Stunden sp ter versagte die Staumauer Flutwelle war noch 1 8 m hoch Zuerst brach der Wehrbereich nicht an der h chsten Stelle der Mauer 1 Stunde sp ter versagte ein zweiter Abschnitt bei einer 6 m hohen Stufe in der Gr ndungsfl che Dieser Teil der Mauer drehte sich um eine vertikale Achse und kippte schliesslich um Tab 4 2 Einzelne gravierende Schadensf lle n der Felsfundation von Bogenmauern vgl auch Tab 4 1 Lake Lanier resp Vaughan Creek US Matrix Beton Magmatisches Gestein Kenndaten H he L nge 19 72 m Fertigstellung 1925 Versagen 1926 Ersteinstau Ph nomen Das linke Mauerende bestand aus einem Zyklopenmauerwerk auf verwittertem Fels das b
448. ssifications J Wiley amp Sons New York 1 9 AFROUZ A 1992 Practical handbook of rock mass classification systems and modes of ground failure CRC Press Boca Raton 1 10 ERICHSEN C WITTKE W 2002 Geotechnische Modelle oder Klassifizierung des Baugrunds als Grundlage f r den Entwurf und die Ausf hrung von Felsbauwerken Geotechnik 25 3 Gl ckauf Essen 1 11 GOODMAN R E 2003 A hierarchy of rock slope failure modes Felsbau 21 2 1 12 DERSHOWITZ W S EINSTEIN H H 1988 Characterizing rock joint geometry with joint system models Rock Mech Rock Engng 21 1 Springer Wien 1 13 EINSTEIN H H STEPHANSSON O 2000 Fracture systems fracture propagation and coalescence In Conf Proc GeoEng 2000 vol I Melbourne 2 Grundlagen 2 1 BLIND H 1987 Wasserbauten aus Beton Ernst amp Sohn Berlin 2 2 VISCHER D 1977 Grundlagen und Planung von Oberfl chenspeichern Wasserwirtschaft 67 7 8 Franckh sche Verlagshandlung Stuttgart 2 3 VISCHER D HUBER A 1985 Wasserbau 4 Auflage Springer Berlin 2 4 BUNDESAMT F R WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Richtlinien des BWG Version 1 1 Biel 2 5 ICOLD 1994 Technical dictionary on dam 4 Edition Paris 2 6 THOMAS H 1976 The engineering of large dams J Wiley amp Sons New York 2 7 SNGT 1997 Zustands berwachung von Stauanlagen und Checklisten f r die visuellen Kontrollen Arbeit
449. statischen Spannungszustand unterworfen Anschliessend steigert man deh nungsgesteuert bei o3 konstant bis der H chstwert erreicht oder eine bestimmte Axialdeh nung amp des Pr fk rpers berschritten ist Staucht man die Probe bei gleichem Seitendruck 03 noch weiter zusammen so f llt der Wert der Axialspannung c entweder auf einen stabilen Restbetrag bleibt konstant oder nimmt weiter zu Abb 7 2 a Welcher Fall eintritt h ngt von der Gesteinsart von der Vorgeschichte gilt nur f r F llung und dem Seitendruck c ab e Fall oza Hier tritt Spr dbruch auf bei welchem die Axialspannung in Begleitung nur ge ringer Deformationen schlagartig auf einen Restwert absinkt Die Zahl der Bruch und Rissfl chen ist gering e Fall ozp Beim Fliessen fortschreitende Deformation bleibt die Axialspannung konstant Der Restwert ist mit dem H chstwert identisch e Fall o Das Materialverhalten zeigt eine Art Duktilit t so dass keine deutliche Bruch grenze definiert werden kann Die Axialspannung nimmt mit zunehmender Deformation zu Die Zahl der Bruch und Rissflachen ist hoch Die Restfestigkeit ist eine eindeutig definierbare materialbedingte Grosse die mit zunehmen der Bewegung nicht weiter absinkt 7 8 Sie h ngt ab vom Seitendruck bei welchem der Ini tialbruch Hochstfestigkeit stattgefunden hat Das Mass der vorg ngig erfahrenen Stauchun gen spielt keine Rolle O3 gt O35 O a b A H
450. stigung einer Schicht vor Bildung der n chst j ngeren Innerhalb einer Schicht kann eine richtungslos k rnige oder eine Paral leltextur vorkommen z B feiner Lagenaufbau Diese Formen der Paralleltextur bewirken meist keine erh hte Spaltbarkeit ausser sie sei durch eine fl chenparallele Ablagerung platti ger K rner entstanden 3 30 Neben kompakten gibt es auch por se Texturen Metamorphe Gesteine Metamorphe Gesteine entstehen nach ihrer urspr nglichen Bildung durch verschiedene Um wandlungsvorg nge unter erh hten Druck und Temperaturbedingungen aus beliebigen Ge steinen Ihr Korngef ge st ein Sekund rgef ge das auf Verformung und Zerst rung der vor handenen Minerale kataklastisches Gef ge oder auf gleichzeitigem Wachstum um oder neugebildeter Kristalle beruht blastisches kristalloblastisches Gef ge Neben den ver nder ten oder neu entstandenen Gef geformen k nnen auch ltere Gef gemerkmale erhalten sein Reliktgef ge Die Struktur wird anhand der Kornform und gr sse beschrieben Unregel m ssige Formen sind blich da sich die einzelnen Kristalle w hrend dem gleichzeitigen Wachstum gegenseitig behindern 3 26 Minerale mit hoher Kristallisationskraft schieben andere beiseite oder umwachsen s e und erreichen so eine regelm ssige oft gr ssere Form Je nach Metamorphosegrad gehen damit die urspr nglichen strukturellen Merkmale verloren Die Textur basiert auf derjenigen der Ausgangsgesteine Je nach Metam
451. suchung 61 Bruchk rper K Abb 4 10 Ansicht einer Felsb schung mit der Begrenzungsfl che eines vormaligen Bruchk rpers K Bild IGT und dessen idealisiertem Abbild rechts Am starren Bruchk rper gelb greifen die Resul tierende R aller angreifenden Einwirkungen und die Reaktionen N 1 2 97 2 unter Annahme einer keilf rmigen dunkelgrauen Gleitflache an N gt Normalkraft 2 Scherkraft entgegengesetzt dem Vektor m der Translation auf den Gleitflachen 1 und 2 hellgrau Abl sefl che Die Nor malkraft gilt positiv als Druck Im Rahmen der Problemanalyse geht es nun darum das Verhalten eines potentiellen Bruch k rpers unter dem Einfluss usserer Kr fte qualitativ zu begreifen bevor man sich der quanti tat ven Bearbeitung der Fragestellung widmet Zu diesem Zweck wollen wir anhand von Be kanntem wichtige Einflussgr ssen im Bereich der Kinematik der Einwirkungen und der Fes tigkeit kap telweise isolieren Gewichtungen vornehmen Wechselwirkungen aufzeigen sowie L cken im aktuellen Kenntnisstand offenlegen Es liegt auf der Hand dass in der Folge ein zelne Gr ssen vereinfacht dargestellt das komplexe r umliche Problem durch ein bersichtli cheres nachgebildet Gr ssen geringer Bedeutung bewusst vernachl ssigt und solche die sich gegenseitig beeinflussen zum Teil als unabh ngig angenommen werden A considerable amount of judgement is required to decide upon the most probable failure mode and to decide how thi
452. suchungen l ge in erster Linie darin den Einfluss verschiedener Parameter auf den Sicherheitsfaktor herauszustellen und Mindestwerte zu ermitteln Durch die Anderungsquote des Sicherheitsfaktors werden kritische fur die Stabilitat ausschlaggebende Faktoren identifiziert In der Folge kann man das Schwergewicht weiterer Untersuchungen darauf ausrichten und Massnahmen anordnen die gezielt bei diesen Einflussgrossen ansetzen z B Sondierstollen Labor oder Feldversu che Drainagebohrungen Scherd bel 8 5 Es ist daher sinnvoll Berechnungen mit oberen und unteren Grenzwerten der Parameter aus zuf hren um eine realistische Streubreite der zu erwartenden Ergebnisse zu erhalten Die Anzahl Kombinationen von Mittel und Grenzwerten kann jedoch sehr gross werden Arbei ten von geringem Wert s nd deshalb schon fr h durch Urteilsverm gen zu eliminieren 8 32 Die Darstellung der Resultate erfolgt in Diagrammen in welchen der Verlauf des Sicherheits faktors in Funktion der variierten Gr sse ersichtlich wird siehe Kapitel 12 14 Zeichnet man mehr als einen Parameter auf so sollten die Werte prozentual aufgetragen werden Die prozentuale nderung entspricht dabei der relativen Differenz zwischen dem unteren 0 und oberen 100 Grenzwert Eine andere Darstellung zeigt Abbildung 8 5 Eine zusam menfassende Beurteilung w gt alle Aspekte ab welche die Sicherheit beeinflussen und erl u tert die Ursachen f r eine hohe Empfindlichkeit
453. t lang vertikaler Linien gereinigt und rtlich Betonst tzk rper St tz und Trockenmauern Spritzbetonschalen Felsanker Z une gegen Steinschlag oder Eisfall und Drainagen erstellt Alle diese Massnahmen wurden hinsichtlich Lage Ausgestaltung und Best ndigkeit zusam mengestellt und auf einen m glichen Einbezug in das zuk nftige Sicherungskonzept gepr ft 12 4 Felsk rperanalyse S e umfasst Betrachtungen zur Kinematik sturzgef hrdeter Felsk rper sowie Aussagen zur Wahrscheinlichkeit einen Schaden durch solche zu erleiden Als Erstes sind rein geometri sche berlegungen zu deren Form und Gr sse anzustellen ohne jeglichen Bezug auf aufge nommene Felsk rper oder angreifende Kr fte Bei der Prognose von Versagensmechanismen wird eine konsequente Trennung zwischen theoretisch begr ndbaren M glichkeiten sowie Hinweisen zum direkt kaum beobachtbaren Verhalten angestrebt Pr zise Aussagen zum Risi ko das die Wahrscheinlichkeit eines Schadenfalls miteinschliesst sind aus verschiedenen Gr nden nicht m glich Um dennoch die Eintretenswahrscheinlichkeit und das absehbare Schadensausmass grob einzusch tzen wurden einige grunds tzliche berlegungen angestellt 12 4 1 Form und Gr sse Die Form eines potentiellen Bruchk rpers ergibt sich einerseits aus der Lage Raumstellung Form und Erstreckung der Trennfl chen andererseits aus der Form der Felsoberfl che Um angesichts der Vielzahl von Trennfl chen und der Variationsbreite
454. t welche Eigenschaften massgeb lich die Lage Form und Gr sse solcher Felsk rper festlegen Anschliessend treten berle gungen zu den zugeh rigen Mechanismen unter Bezugnahme auf die unterschiedlichen Sper renk rper in den Vordergrund um die Art und Anzahl kinematisch zul ssiger Bruchk rper im Felsfundament einzugrenzen 5 3 5 4 Abbildung 5 1 gibt Auskunft ber die Einordnung der verwendeten Begriffe zur Unterteilung der Bruchk rperoberfl che Eine solche Oberfl che gliedert sich in die geschlossene nat rli che Felsoberfl che und die geschlossene Kontaktfl che die in der Regel mit einer Schw che zone zusammenf llt 5 5 5 6 Je nach Art der Relativbewegung zwischen Felsuntergrund und k rper unterscheidet man bei der Kontaktfl che zwischen Abl sefl chen engl tension crack Bruchk rper l st sich von der benachbarten Untergrundfl che und Gleitfl chen Bruchk rper verschiebt sich parallel zur benachbarten Untergrundfl che Bruchk rperoberfl che Beispiel u Felsoberfl che Felsoberfl che Kontaktfl che Abl se Pr fl che Abl sefl che Gleitfl che _ Gleitfl che m 0 Abb 5 1 Unterteilung der Oberfl che eines potentiellen Bruchk rpers samt zugeh rigem Beispiel Der Spezialfall dass Fels und Kontaktfl che zusammenfallen z B Gr ndungsfl che wird nicht behandelt Den Zugriss im Felsuntergrund nahe dem seeseitigen Staumauerf
455. t gekennzeichnet durch flache Rundh cker zwei Abflussrinnen des Albignatrogs sowie NW SE und N S verlaufende Einschnitte Der Untergrund besteht aus Fest und Lockergestein Vor Baubeginn trat m Bereich der Gr ndungsfl che der anstehende vom Gletscher blankpolierte Bergeller Granit fast durchge hend zu Tage Nur am Rand des Talbeckens liegt die Felsoberflache unter nat rlichen rund 200 m breiten Ablagerungen der abwitternden Talflanken verborgen Grob Blockschutt 11 2 Untersuchungsgebiet 161 11 2 2 Bauwerk Der Sperrenk rper aus unarmiertem Beton wurde in den Jahren 1956 bis 1959 am Standort der ersten Hochwasserr ckhaltesperre der Schweiz errichtet Er weist eine Kronenl nge von 760 m auf Abb 11 2 Sein mittlerer Teil ist in 25 Bl cke von 20 m Breite aufgeteilt die eine maximale H he von 115 m bei einer Dicke von 83 5 m Mauerfuss bzw 7 m Krone haben Die Trennfugen zwischen den Mauerbl cken sind zu Hohlr umen von 5 m lichter Breite er weitert die den anstehenden Fels offenlegen hohle Gewichtsmauer Die seew rts gekr mm ten Seitenfl gel 90 170 m bestehen aus sechzehn rund 18 m breiten 8 bis 25 m hohen Bl cken ohne Hohlr ume mit einer minimalen Kronenbreite von 4 5 m Im Osten wurde zu dem eine 50 m lange Kernmauer angeordnet Im Querschnitt ist die Mauer seeseitig senk recht luftseitig polygonal gekr mmt Der Stauspiegel schwankt zwischen den Koten 2065 und 2162 6 m M die Mauerkrone liegt 2 4 m h
456. t unterschiedlichen Annahmen zu All diese Einschr nkungen sprachen mit Ausnahme von Sonderf llen gegen ihren weiteren Einsatz Deformationsmethode Numerische Berechnungsverfahren bieten f r die Praxis den Vorteil dass zahlreiche Einfluss gr ssen ber cksichtigt werden k nnen 9 66 Dies setzt Kenntnisse ber d e dar n verwende ten Stoffbeziehungen samt massgebenden Parametern ber mechanische L sungsverfahren Ihe designer should therefore beware of falling into the trap of relying too heavily upon the results of such analyses which should be used to assist but not to replace the judgment of the engineer 9 63 138 9 Untersuchungsmethode und die entsprechenden Ein und Ausgabevereinbarungen voraus Nur dann lassen sich die Berechnungsergebnisse zutreffend interpretieren und wirtschaftlich umsetzen Dies steht aber im Widerspruch zu den heutigen M glichkeiten die Eigenschaften des Fl chengef ges und die hydraulischen Verh ltnisse im Fundationsbereich einer Staumauer zu erfassen Kontinuumsmodelle eignen s ch f r einen Untergrund aus hartem wenig gekl ftetem oder weichem stark zerkl ftetem Gestein Einzelne Trennfl chen k nnen gut modelliert werden ihre Variation in Raum hingegen st sst rasch an Grenzen weil nicht nur der Netzaufbau son dern v a eine raumliche nichtlineare Berechnung aufwendig ist 9 24 Die Bestimmung von Bruchk rpern in grosser Zahl ist mit vertretbarem Aufwand kaum durchf hrb
457. tal Terrain Model bezeichnet 10 3 Nachfolgend setzen wir die Gel ndeoberfl che vereinfachend mit der Felsoberfl che gleich Liegt diese unter Ablagerungen verborgen so ist dem Sachverhalt geb hrend Rechnung zu tragen Der DTM Aufbau fasst alle Schritte zusammen die zur Erstellung eines digitalen Gel nde modells notwendig sind Er gliedert sich in die Datenerfassung und Datenberechnung e Datenerfassung Sie liefert die notwendige Information f r die Berechnung Je nach Me thode werden die Punkte der Gel ndeoberfl che durch Messung beliebig verteilter Ein zelpunkte Profil oder Gittermessungen oder durch Messungen entlang von H henlinien erhalten Abb 10 1 Die Bereitstellung diskretisierter H henlinien erfolgt direkt pho togrammetrische Linienmessung mit Stereoauswertger t oder indirekt Digitalisierung Bei der manuellen Abtastung mit einem Digitizer sind zwei Verfahren blich Entweder werden die einzelnen St tzpunkte entlang der Kurve akt v durch Tastendruck erzeugt oder durch automatisches Ausl sen nach Zeit und Weginkrementen erfasst Die raschere Digi tal s erung mittels Scanner bietet sich zur Bereitstellung grosser Datenmengen an 10 4 Bei ihr werden die Informationen des Ursprungbildes in Form unterschiedlicher Grauwerte pro Pixel eingelesen in einer Matrix abgespeichert und bei Bedarf nachbearbeitet Nach Umwandlung des Rasterbilds in ein Bin rbild erfolgt die Vektorisierung Segmentierung 142 10 AutoBloc
458. tales Gelandemodell 14 3 1 Flachenmodell Die Datenerfassung f r das Gel ndemodell Im beschr nkte sich m vorliegenden Fall auf die Bereitstellung diskretisierter H henlinien Sol che k nnen direkt dem DHM25 des Bundes amtes fur Landestopographie entnommen oder indirekt durch Digitalisierung gewonnen wer den Die Sperrstelle von Valle di Lei bietet die Gelegenheit beide miteinander zu vergleichen vA Tn Das DHM25 das genaueste verf gbare digita _ ae le Hohenmodell der ganzen Schweiz besteht aus einem Basis und einem Matrixmodell 14 14 Grundlage fiir das Basismodell bilden Abb 14 6 Dreiecksnetz mit H henlinien die digitalisierten H heninformationen der und Bruchkanten grenzen Stras se und Reno di Lei ab Landeskarte 1 25 000 deren Datensatz Ende 1996 vollst ndig vorlag sog DHM25 Level 1 Aus den Vektoren wurde das Matrixmodell abgeleitet Nach der photogrammetrischen Erfassung alpiner Hauptbruchkanten passte man die H henkurven des Bas smodells an und berechnete ein neues Matrixmodell mit einer verfeinerten Interpolationsart Level 2 E Die Digitalisierung von H henlinien aus vorhandenen Planunterlagen erfolgte mit einem Trommelscanner Im Anschluss daran wurden die St tzpunkte entlang der Kurven vor dem Hintergrund des Rasterbilds manuell eingef hrt Durch Einbezug lokaler Bruchkanten suchte man das Modell zu verfeinern bzw die Ubersichtlichkeit zu erh hen 14 15 F r die Datenbe
459. tamorphe Gesteine Schieferungskluft Trennfl che die durch Aufreissen der geschieferten Matrix entsteht Sie kommt oft vor als Schar mit unterschiedlichen Abst nden und unterschiedlicher Erstreckung 3 2 Komponenten 39 Tab 3 7 Ubersicht iiber die Kliifte des Sekund rgef ges 3 3 3 17 3 24 3 25 3 28 3 30 3 32 3 35 3 37 3 40 St rungskluft Trennfl che die bei der Bildung von St rungen entstehen Mit zunehmender Entfernung von der St rung nimmt ihr Abstand ab Faltenkluft Trennfl che die bei der Faltenbildung entsteht Ihre Orientierung und Erstreckung ist abh ngig von der Gr sse und Art der Falte der M chtigkeit und relativen Kompetenz der Schichten Sie steht ca senkrecht auf Schicht oder Schieferungsfugen setzt sich an diesen oft ab und durchtrennt h chstens rtlich mehrere Schichten Man unterscheidet L ngskluft parallel zur Faltenachse verlaufende Zugkluft in den stark gekr mmten Sat tel und Muldenteilen mit rauher unebener Oberfl che ffnet sich gegen aussen Quer kluft senkrecht zur Faltenachse Diagonalkluft diagonal zur L ngskluft stehende Scherkluft ist eben und glatt mit Spuren kleiner Bewegungen Talkluft Trennfl che die unabh ngig von der Gesteinsart durch Entspannung parallel zur Fels oberfl che entsteht auch im Talboden Sie zeigt mit zunehmender Tiefe einen gr sse ren Abstand und weist eine grosse Erstreckung sowie eine hohe Rauhigkeit auf Verwitterungskluft Trennfl
460. ten der mittleren Kontaktfl che s ehe Abb 5 14 angesehen werden F r den Fall reiner Translation ist damit der mittlere Winkel 7 f r die Unebenheit bestimmt 7 7 Bei Verwendung der projizierten Kontaktflache nach Kapitel 5 1 2 entf llt eine solche Naherung Ob eine Bruch oder Kluftstaffel vorliegt spielt insofern eine Rolle als 1m ersten Fall die Scherfestigkeit in den Materialbr cken ber cksichtigt 1m zweiten Fall die Zugfestig keit in den Abl sefl chen vernachl ssigt werden sollte Die Geometrie der Abstufung be stimmt die Abschervorg nge in den Materialbrucken und verursacht damit eine Richtungsab h ngigkeit der Scherfestigkeit Bruchk rpergr sse und Spannungsniveau Die H chst und Restfestigkeit steigt an mit zunehmender Normalspannung Abb 7 3 Die Wahl der Scherparameter muss deshalb f r einen repr sentativen Wertebereich der Normal spannung n den Gleitfl chen des potentiellen Bruchk rpers erfolgen Der Betrag der Normal spannung h ngt ab von der Gesamtresultierenden aller angreifenden Kr fte der r umlichen Orientierung und der Ausdehnung der potentiellen Bruchflachen Je gr sser die potentielle Gleitflache bei konstanter Normalkraft desto h her ist der Anteil der Kohasion an der Scher festigkeit und umso geringer wird der Anteil der Reibung wegen der geringeren Normalspan nung Die Annahme eines homogenen Starrk rpers ist mit einer gleichm ssigen Spannungsvertei lung in der Auflagefl che verbunde
461. teration der erforderlichen Zusatzkraft ist noch nicht implementiert Der gew hlte Programmaufbau widerspiegelt das Bestreben des Ingenieurs sich schrittweise an eine L sung des Problems heranzutasten So ist es ein Ziel von AutoBlock die un ber sichtliche Zahl theoretisch m glicher Bruchk rper systematisch einzuschr nken Dies wird durch eine gezielte Reduktion aufgrund klarer Kriterien erreicht Dem Benutzer bietet s ch da bei die M glichkeit wahlweise nur einzelne oder s mtliche Teilprogramme in einer bestimm ten Reihenfolge ausf hren zu lassen R ckschritte sind jederzeit m glich Body Force Eingabeteil Point Force water Force Body Force Foint Force Body Force Foint Force Body Force Foint Force water Force water Force water Force Berechnungsteil Beierminelien Determination Beierminelien Determination Ausgabeteil Besut Besut Result Besut Nach ffnen des Nach Ersteingabe Nach Ausf hrung Nach nderung Teilprogrammes von Kr ften des Berechnungsteils der Eingabedaten Abb 10 6 Optische Benutzerf hrung am Beispiel von Loading Conditions Stets aktiver Eingabeteil mit fallweise aktiviertem bzw deaktiviertem Berechnungs und Ausgabeteil Men punkt in Schat tenschrift samt Untermen s gesperrt 146 10 AutoBlock Zu den sechs Teilprogrammen e Digital Terrain Model Hier bernimmt man das mit einem kommer
462. terschied zum Vorschlag strebte die Bauherrschaft eine L sung an die auch in ferner Zukunft wenig Kontrollen oder Unter haltsarbeiten erfordert Sie veranlasste deshalb im M rz 2003 die Sprengung des komplet ten Felsbereichs mit einer Kubatur von rund 16 000 m F r die Instandsetzung der f nf versch tteten stark besch digten Strassenabschnitte sowie die Sicherung des Zwischenge l ndes wurden 11 Wochen ben tigt Die Baukosten beliefen sich auf CHF 9 6 Mio Teilgebiet 2a Hier ist in kleinr umigen Felsaufschl ssen eine Ankerung wie in Teil 1 ge plant In den von Lockergestein und Vegetation verdeckten Bereichen rechnet man eben falls mit potentiellen Bruchk rpern Die Geometrie der Gel ndeoberfl che in Bezug auf die Raumstellung der Trennfl chen legt jedoch den Schluss nahe dass s e nur in Ausnah mef llen sturzgef hrdet sein k nnen Dies wird durch die bisherige Erfahrung best tigt Teilgebiet 2b Hier wurde eine grosse Zahl sturzgef hrdeter Felsbl cke identifiziert Ihre Sicherung mit Massnahmen innerhalb der 130 m hohen B schung wurde aus drei Gr nden verworfen Erstens we l d e grosse Anzahl Felsk rper sehr aufwendige Arbeiten m schwer zug nglichen Gel nde notwendig machen w rde zweitens weil umfangreiche tempor re Massnahmen zur Gew hrleistung der Sicherheit im Bauzustand erforderlich w ren und drittens weil trotz hohem Kostenaufwand nicht alle Bruchk rper und Blockkon figurationen erkannt w rde
463. tersuchung der Stabilitat von Felsb schun gen und gr ndungen er rtert werden Dies ist durch eine Gegen berstellung der verschiede nen Methoden am ehesten m glich Wir beschr nken uns auf die physikalischen Modelle so wie die g ngigsten Berechnungsmodelle wobei r umliche Ans tze im Zentrum stehen Auf einige besonders wichtige konzeptuelle und handwerkliche Grenzen wird hingewiesen F r eine eingehende Behandlung verweisen wir auf die Lehrb cher resp die Fachliteratur 9 1 Physikalische Modelle Es bildet das Tragwerk in einem kleineren Massstab n einem dazu geeigneten Material nach 9 1 An diesem werden der Verformungszustand und die Schnittkr fte bestimmt um sodann mittels Modellgesetzen auf die Beanspruchung des wirklichen Tragwerks zu schliessen Im Talsperrenbau haben solche Modelle eine lange Tradition Bereits 1908 untersuchten WIL SON amp GORE in England das Verhalten einer Gewichtsmauer auf einer elastischen Fundation an ebenen Gummi Modellen 9 3 1925 1930 wurden n den Vereinigten Staaten von Ame rika Tests an der 18 m hohen Stevenson Creek Bogenmauer sowie einem Zelluloid und Be tonmodell 1 40 1 12 durchgef hrt 9 4 9 5 Fur den Entwurf der 240 m hohen Bogenge wichtsmauer Boulder verwendete das Bureau of Reclamation 1930 1935 ein Gipsmodell 1 240 das durch Quecksilber belastet wurde Die Resultate bestatigten die Gultigkeit der Irial load Berechnungsmethode 1935 1938 f hrte die Pol
464. tersuchungsmethode _ a b r size Tn ee x oh 1150 Y WA T IE a Mee Pi Sperrenk rper Potentielle __ q R EA N iss Bruchk rper 4 Potentieller N Injektionsschirm 1100 ABruchk rper Drainage N Py Wasserdruck a Pa het if l 1050 EN Potentielle gt i Bruchk rper St rung 1000 m M 0 20m EHEH Rechte Talflanke Linke Talflanke Abb 9 8 Bogenmauer Turkwel KE a berblick ber einen Teil der 19 potentiellen Bruchk rper die nach LONDE f r Eigen und Fundamentlast Erdbeben und drei Verteilungen des Kluftwasser drucks entlang ihrer Kontaktfl chen untersucht wurden b Lage des Injektions und Drainage schirms im rechten Widerlager mit angesetzter Wasserdruckverteilung 9 43 e KOVARI amp FRITZ 1975 1976 9 35 9 48 untersuchen die Translation eines Tetraeders mit 2 freien Oberfl chen und maximal 2 Gleitfl chen c unter Eigenlast Erdbeben Kluft wasserdruck Ankerkraft und Fundamentlast Beispiele Gewichtsmauer Albigna CH Bogenmauer Valle di Lei CH 9 14 e BRAY amp BROWN 1976 9 49 untersuchen die Translation eines Tetraeders mit 2 freien Oberfl chen und maximal 2 Gleitfl chen c unter Eigenlast und Kluftwasserdruck e CHAN amp EINSTEIN 1981 9 50 untersuchen die Translation und Rotation eines Tetraeders mit 2 freien Oberfl chen und maximal 2 Gleitfl chen g c unter Eigenlast Erdbeben Kluftwasserdruck Ankerkraft und Fu
465. tet werden Aus all diesen Griinden eignet sich die Methode besonders fur Sensitivitatsanalysen In kurzer Zeit lassen sich wesentliche Parameter identifizieren und die Auswirkungen kleiner Abweichungen auf das mechanische Verhalten sichtbar machen Ein Nachteil besteht darin dass nach Uberschreiten des Grenzgleichgewichts nicht zwingend ein Versagen erfolgen muss sofern das Tragwerk nach einer Bruchk rperbewegung einen stabilen Zustand erreicht Weiter kann man z B den Einfluss von tektonischen Spannungen von Spannungsumlagerungen oder von gekoppelten Prozessen nicht erfassen Sind indes die f r die Stabilit t heiklen Bereiche erst einmal eingegrenzt so k nnen weitere Fragestellungen mit der oben dargestellten Deformationsmethode n her untersucht werden Im Hinblick auf eine sinnvolle Vereinfachung scheint d e Grenzgleichgewichtsmethode f r Stabilitatsanalysen von Felsb schungen und fundationen am besten geeignet Sie konzent riert sich auf wesentliche Einflussgrossen und reduziert das Versagenskritertum auf den Si cherheitsfaktor als Verh ltnis zwischen Scherfestigkeit und spannung Massgebend sind jene kinematisch zul ssigen Bruchkorper welche die kleinsten S cherheitsfaktoren aufweisen F r die Ingenieurpraxis ist die Identifikation solcher Bruchk rper von eminenter Bedeutung 9 71 Gerade bei einem weiten Untersuchungsgebiet wie bei einer Sperrstelle mit mehreren Trennfl chenscharen kann davon eine Vielzahl vorhanden sein de
466. thoden verwenden Berechnungsmodelle die man wiederum in zwei Gruppen einteilen kann In vom Belastungsgang abh ngige Deformationsmethode bzw unabh ngige Verfahren Grenzgleichgewichtsmethode Untersuchungsmethode Experimentell Mathematisch Physikalische Modelle Graphisch Analytisch Numerisch Berechnungsmodelle Deformations Grenzgleichgewichts methode methode Abb 9 1 Unterteilung der Untersuchungsmethoden Der Gr ndungsk rper l sst sich auf zwei Arten nachbilden Beim Kontinuum wird der Unter grund als ein l ckenlos stetig zusammenh ngendes Medium mit lokal anderen Eigenschaften aufgefasst Beim Diskontinuum erscheint er als ein in Einzelk rper aufl sbares Ganzes die in den gemeinsamen Ber hrungspunkten linien oder fl chen Kr fte bertragen Als massge bendes Kriterium gilt das Fl chengef ge insbesondere der Abstand der Trennfl chen im Vergleich zur Gr sse des Sperrenk rpers Ist der Abstand gering so kann das Fl chengef ge als statistisch homogen verteilt angesehen werden andernfalls w re eine gesonderte Betrach tung angemessener Die Berechnungsmodelle f r das Diskontinuum geh ren entweder zu den statischen oder den dynamischen Methoden Bei den einen bleiben die an den Einzelk rpern angreifenden Kr fte w hrend der Bewegung konstant bei den andern ndern sie 9 2 128 9 Untersuchungsmethode Nun sollen die wesentlichen Vorstellungen zur Un
467. tion 8 1 8 2 8 3 8 4 8 5 8 6 8 7 8 8 8 9 8 10 8 11 KULHAWY F PHOON K 1996 Engineering judgment in the evolution from deterministic to reli ability based foundation design In Proc of Uncertainty Geotechn Special Publication No 58 Vol 1 Uncertainty in the geologic environment from theory to praxis ASCE Boulder OLIPHANT J 1993 Managing safety in geotechnical calculations In Proc of the Int Symp on Limit State Design in Geotechnical Engineering Copenhagen RENN O 2000 Risikowissenschaft und Risikomanagement In Risiko und Sicherheit Magazin der Universit t Z rich Nr 3 00 Bulletin der ETH Z rich Nr 279 Nov 2000 Z rich LACASSE S NADIM F 1999 Risk analysis in geo engineering In Proc 4 of Rocksite 99 Banga lore India ICOLD 1993 Rock foundations for dams Bulletin 88 Paris BUNDESAMT FUR WASSER UND GEOLOGIE 2002 Sicherheit der Stauanlagen Basisdokument zur konstruktiven Sicherheit Berichte des BWG Serie Wasser Version 1 0 Biel L CHINGER P 2003 Norm SIA 261 Einwirkungen In Swisscodes die neuen Tragwerksnor men des SIA Sonderheft von Tec 21 sia Ziirich SIA 2003 Grundlagen der Projektierung von Tragwerken Norm 260 SIA Ziirich PROJEKTLEITUNG SWISSCODES 2003 Neue Begriffe in den Swisscodes In Swisscodes die neuen Tragwerksnormen des SIA Sonderheft von Tec 21 sia Z rich SIA
468. tung y Achse Falllinie z Achse Positiver Normalenvektor in den gew hlten Halbraum 10 2 Beschreibung 151 oder variable Lage bevorzugt Bei Beiden gibt man f r die max vier lokalen Koordinatensys teme den Bereich in Funktion des Trennflachenabstandes an in dem die Trennfl chen liegen sollen So kann beispielsweise die Gesamtheit aller keilf rmigen kinematisch zul ssigen Bruchk rper m digitalen Gel ndemodell bestimmt werden deren eine Trennfl che der Schar A fix bei z 7 m liegt w hrend f r jene von B folgendes gilt 23 m lt z lt 7 50 m Durch die Vorgabe von Grenzwerten f r die Lange der Ausbisslinien lassen sich z B Trennfl chen aus schliessen die nur auf sehr kurzer Strecke ausbeissen und damit nicht relevant sein d rften Umgekehrt bleiben aber auch zu grosse Ausbisslinien unber cksichtig sind doch lokale Ver sagen meist wahrscheinlicher als globale hnlich kann auch die Gr sse der Kontaktfl chen oder das Volumen der Bruchk rper eingeschr nkt werden Nun beginnt eine Programmschlaufe die nach immer demselben Ablauf kinematisch zulassi ge Bruchk rper bestimmt Zuerst wird eine Kopie des digitalen Gel ndemodells durch eine fix angeordnete bzw f r einen Berechnungsgang provisorisch fixierte Trennfl che mittels Bool scher Operationen in zwei Teilk rper zerschnitten Derjenige Teilk rper mit einer Form entsprechend der Ausgangslage wird zur ckbehalten der andere gel scht Dann f hrt das Programm di
469. u den dokumentierten Bohrungen gespeichert Im Bericht Beschreibung des Untergrundes 11 3 wurden s mtliche m Hinblick auf die Fundation wichtigen Unterlagen zusammengefasst geotechnisch aufgearbeitet und die fels mechanischen sowie felshydraulischen Beziehungen pro Bereich dargestellt Damit ist ein rascher Zugriff auf die jeweiligen Informationsquellen jederzeit m glich Bereich I Bereich Il Bereich Ill Bereich IV Bereich V Bl cke 2 7 Bl cke 8 16 Bl cke 17 24 Bl cke 25 29 Bl cke 30 42 2060 a in a l j _9902 3 NS Abb 11 10 Lage und Ausdehnung der einzelnen Bereiche mit Luftseite oben und Seeseite unten Dazu geh rten geologische und technische Berichte statische Berechnungen ausgew hlte Aktennotizen Protokolle Pl ne Dokumente zu Bohrungen Injektionen Fotografien Berichte ber die Instrumentierung und ausgef hrte Messun gen Ver ffentlichungen sowie erg nzende Unterlagen vom Geologen und dem IGT Eine Aufnahme jeder Trennfl che im Bereich der Sperrstelle w re weder sinnvoll noch praktisch durchf hrbar Es darf daher mit Recht angenommen werden dass heute bei keiner Staumauer solch umfassende Informationen vorliegen 168 11 Staumauer Albigna 11 4 1 Gestein Der Felsuntergrund an der Sperrstelle Albigna geh rt zur jungalpinen terti ren Intrusion des Bergeller Massivs Sie durchschlug vor rund 30 Mio Jahren die h heren penninischen De ckenelemente und
470. uchten Trennflachen wird nicht ausgenutzt Im Anschluss daran mobi lisieren gr ssere Relativverschiebungen den Scherwiderstand entlang der Trennfl chen w hrend in den vormals intakten Gesteinsabschnitten nurmehr die Restfestigkeit erreicht It is safer to assume 100 persistence when in doubt since the above cohesion is usually one to two orders of magni tude greater than the shear strength of the discontinuities 7 39 112 7 Festigkeit wird 7 10 Die Koh sion als Mittelwert ber die potentielle Gleitfl che l sst sich folgen dermassen ansetzen c a cr 1 a cg mit a Fri Fr Fo Fr Gesamtfl che der Trennfl chen Fg Gesamtfl che der intakten Gesteinsabschnitte cr scheinbare Kohasion der Trennflachen cg effektive Koh sion der intakten Gesteinsabschnitte Kornbindung cg cr 7 44 Soll nur die Materialbr cke ber cksichtigt werden so gilt a 0 F r den Rei bungswinkel gibt es keinen vergleichbaren Ansatz wegen der unbekannten Aufteilung der Normalkraft zwischen Materialbrucke und Trennflache Bruchk rperform Bei ebenen Kontaktfl chen ist die bertragbarkeit der Resultate von Scherversuchen am ehes ten gegeben Der Bruchzustand gilt als erreicht wenn in der potentiellen Gleitfl che der inne re Widerstand der Materialbr cken und der Trennfl chen gleichzeitig ausgesch pft ist Bei abgestuften Kontaktfl chen k nnen die Ebenen l ngs welchen das Gleiten stattfindet als keilf rmige Unebenhei
471. ufter und projizierter Kontaktfl che Eintretenswahrscheinlichkeit Vektor der hydrostatischen Druckkraft x Wert der Lagekoordinate Charakteristischer Wert einer geometrischen Gr sse Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung Arithmetisches Mittel einer geometrischen Gr sse Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung Maximalwert einer geometrischen Gr sse Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung Minimalwert einer geometrischen Gr sse Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung Referenzwert einer geometrischen Gr sse Baugrundeigenschaft oder einer Einwirkung y Wert der Lagekoordinate z Wert der Lagekoordinate B Griechische Symbole TS PRD a SS YA Ya VE YG YR Y M O O3 OdG Of A Fallrichtung einer Trennfl che Fallrichtung einer mittleren Kontaktfl che bei einer Abstufung Fallrichtung der Trennfl che i Fallwinkel einer Trennfl che oder von F Fallwinkel einer mittleren Kontaktfl che bei einer Abstufung Fallwinkel der Trennfl che i Raumgewicht feucht Raumgewicht unter Auftrieb Sicherheitsabstand Raumgewicht trocken Lastfaktor Globalsicherheitsfaktor Widerstandsfaktor Raumgewicht ges ttigt Spezifisches Gewicht von Wasser Setzungen Axialdehnung Verkippung Reibungskoeffizient Normalspannung Seitendruck Einaxiale Druckfestigkeit des Gesteins Normalspannung m Bruchzustand Scherspannung Scherfestigkeit resp Scherspannung im Bruchzustand Kinematische Z higkeit von Wasser
472. ugbruch eintreten nicht berpr ft Folgende Lastf lle werden behandelt e Figengewicht G Das in Abbildung 13 16 m Schwerpunkt angreifende Eigengewicht G entspricht dem Pro dukt aus dem jeweiligen Bruchk r Abb 13 16 Die am potentiellen Bruchk rper A oh pervolumen und dem Raumgewicht ee Ber y 27 kN m Es betr gt 589 MN f r A und B 323 MN f r B a Wasserkr fte U Horizontale Erdbebenersatzlast Ey 208 13 Br cke Pianello e Figengewicht G Fundamentlast F Die Fundamentlast entstammt einer Vorstatik f r die Br cke gem ss welcher m vorderen Teil des Fundamentk rpers Vertikalkr fte m Betrag von rund 67 MN auf den Untergrund aufgebracht werden Abb 13 16 Grundkonzept Abb 13 19 b Dies entspricht rund 11 bzw 21 des Eigengewichts der beiden poten tiellen Bruchk rper A bzw B e Eigengewicht G Fundamentlast F Wasserkr fte U Ausgehend vom oberen Durch stosspunkt der Schnittlinie mit der Felsoberflache setzte man fiir den Wasserdruck eine hydrostatische Zunahme bis zur halben Schnittlinienlange an anschliessend eine lineare Abnahme bis zum unteren Durchstosspunkt F r den Bruchk rper A wurde ein mittlerer Wasserdruck ug z2 von 225 kN m f r B einen solchen von 144 5 kN m berechnet Abb 13 16 e Eigengewicht G Fundamentlast F Horizontale Erdbebenersatzlast Ey Abb 13 16 Die horizontale Komponente der Erdbebenlast wurde mit einer Ersatzkraft von Ey 0 2 G sowie 0 5
473. uhen Trennflache ohne Fullung die Normalspannung und somit der Reibungswiderstand Bei niedriger Nor malspannung gleiten die beiden Trennflachenrander wahrend der gegenseitigen Verschie bung unter dem Winkel 7 auf 7 29 7 30 Mit wachsender Normalspannung finden keine Verschiebungen mehr orthogonal zur Trennflache statt Es scheren die Unebenheiten ab Angesichts dieses Sachverhalts vermag ein lineares Bruchkriterium die Hochstfestigkeit einer unebenen rauhen Trennflache ohne Fullung nicht zutreffend zu beschreiben Stattdessen kann man naherungsweise ein bilineares Bruchkritertum Abb 7 8 verwenden das von der Die ersten bekannten Studien in der Tribologie gehen auf LEONARDO DA VINCI 1452 1519 zur ck Er stellte fest dass der Reibungswiderstand proportional zur Normalkraft ist 1734 formulierte AMONTON aufgrund eigener Experimente die Hypothese dass sich Unebenheiten verzahnen und die Oberfl chen bei einer Relativbewegung ber die Unebenheiten zur n chsten Verzahnung gehoben werden m ssen EULER 1750 und COULOMB 1785 st tzten diese Hypothese 7 28 Nach dem Reibungsgesetz w chst die Gleitreibung proportional zur Normalkraft unabh ngig von der Auflagefl che Bis herige Modelle erkl ren dies ber kleinste Unregelm ssigkeiten an den Oberfl chen welche die wirkliche Auflagefl che erheblich verkleinern Diese werden bei gr sserer Normalkraft in die Unterlage gedr ckt wodurch die bremsende Fl che und damit der Scherwidersta
474. und wasser druck besteht folglich eine Wechselwirkung 11 12 Zusammenfassend l sst sich festhalten dass die Kombination der mechanischen und hydrau lischen Beobachtung eine eindeutige Korrelation zwischen den Verformungen des Felsens und dem hydraulischen Potential zeigt Ab einem bestimmten Seestand war in zwei aktiven Kl ften am seeseitigen Mauerfuss sowohl ein starkes Ansteigen der Dehnungen als auch eine markante Erh hung der gemessenen Wasserdr cke zu verzeichnen Eine Interpretation der Messdaten mit Hilfe von Finite Element Berechnungen wurde durchgef hrt Schon ein visuel ler Vergleich zwischen den berechneten und gemessenen Potentiallinien liess erkennen dass die Aktivierung der zwei besagten Kl fte durch Seespiegelschwankungen die Durchl ssig keitsverh ltnisse im gesamten Felsfundationsbereich massgeblich ver ndert 11 4 Beschreibung des Untergrundes F r die Erhebung gesicherter Erkenntnisse wurden in einem ersten Schritt alle vorhandenen Unterlagen bez glich felsmechanisch hydraulisch relevanter Eigenschaften ausgewertet An gesichts der Aktenf lle wurden nur die wichtigsten sachdienlichen Dokumente in die Erfas 11 4 Beschreibung des Untergrundes 167 sung des Gebirges miteinbezogen Erkannte L cken im Kenntnisstand erforderten eine ver tiefte Aufnahme der Felsoberflache Eine genaue Formulierung der Vorgehensweise war an gesichts der Komplexitat einer solch umfassenden Bestandesaufnahme zwingend notwendig
475. undation Rock Investigation in Austria Eds Clar M ller Pacher Petzny amp Steinb ck 8 Talsperrenkongress vol 1 Edingburg KRSMANOVIC D POPOVIC M 1966 Large scale field tests of the shear strength of limestone In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa LANG H HUDER J 1990 Bodenmechanik und Grundbau 4 Auflage Springer Berlin WITTKE W 1984 Felsmechanik Grundlagen fiir wirtschaftliches Bauen im Fels Springer Berlin FRANKLIN J DUSSEAULT M 1989 Rock engineering applications McGraw Hill New York WYLLIE D C 1999 Foundations on rock 2 Edition Spon London RENGERS N 1971 Mechanische Eigenschaften von Felstrennflachen im direkten Scherversuch Ver ffentlichung Inst f r Bodenmechanik und Felsmechanik Heft 47 Karlsruhe PATTON F D 1966 Multiple modes of shear failure in rock In Proc 1 Int Congr of ISRM Lis boa GOLDSTEIN M A GOOSEV B PYROGOVSKY N TULINOV R TUROVSKAYA A 1966 Investiga tion of mechanical properties of cracked rock In Proc 1 Int Congr of ISRM Lisboa LADANYI B ARCHAMBAULT G 1970 Simulation of shear behaviour of a jointed rock mass In Proc 11 Symp on Rock Mech New York BARTON N 1973 Review of a new shear strength criterion for rock joints Eng Geology 7 BARTON N CHOUBEY V 1977 The shear strength of rock joints in theory and practice Rock Mech 10 1 2 Springer Wien TSE R CRUDEN D M
476. ung angreifender Kr fte so bilden sich Falten mit den typischen Einbiegungen Mulden Synklinalen und Aufw lbungen Kuppen S ttel Antiklinalen Hierzu geh ren Kuppel Biege Scher und Fliessfalten sowie die Flexur Metamorphe Gesteine Schieferungsfugen sind gewellte Begrenzungsfl chen sehr d nner Gesteinsscheiben die in nerhalb von geschieferten Gesteinspaketen aufgrund ihrer guten Spaltbarkeit entstanden sind Diese potentiellen Trennflachen k nnen sowohl eben als auch gewellt vorkommen Reissen sie auf so spricht man von Schieferungskl ften 3 2 3 Wasser Das in Staumauern und im Felsuntergrund Tab 3 8 vorkommende Wasser zirkuliert in den zusammenh ngenden Hohlr umen der Matrix und der Trennfl chen Sein Chemismus ergibt sich aus der Herkunft Seebecken Talflanken etc dem Sickerweg und der Sickerzeit 3 2 Komponenten 41 Tab 3 8 bersicht ber die Bergwasserarten 3 25 3 28 Porenwasser In den Porenhohlr umen des Gesteins zirkulierendes Wasser dessen S ttigungsgrad unter dem Bergwasserspiegel lt 100 inf langsamem Verdr ngen der Luft bei Spiegel schwankungen resp oberhalb gt 0 sein kann inf Haftwasser kapillarem Aufstieg Kluftwasser In den Hohlr umen der Trennfl chen unterhalb des Bergwasserspiegels zirkulierendes freies Spalt Wasser Kluftporenwasser In den Porenhohlr umen der F llung zirkulierendes Wasser Karstwasser In den L sungshohlr umen unterhalb des Bergwass
477. ung aus mehreren Gr nden nicht erf llbar 6 28 Erstens beruht die Bestimmung der r umlichen Sickerstromung wegen der geringen prim ren Durchl ssigkeit auf den n Kapitel 3 1 3 dargelegten Eigenschaften des Fl chengef ges das sich mehrheitlich einer direkten Beobachtung entzieht Zweitens ist sie von detaillierten An gaben ber die hydraulischen Randbedingungen einschliesslich der Zeit stationar instationar abh ngig Drittens gibt es einen deutlichen Massstabseffekt in der Durchl ssigkeit Viertens beeinflussen Verformungen im Felsfundament die ffnungsweite von Trennfl chen und da mit d e Durchl ssigkeit wof r nur ansatzweise Stoffgesetze bestehen siehe Kap 11 3 Um die Str mungsvorg nge dennoch zahlenm ssig abzusch tzen werden in der Praxis ver einfachende Annahmen herangezogen In Ermangelung eines allgemein g ltigen Modells zur Beschreibung der Str mung 1m gekl fteten Fels unterscheidet man heute drei Ans tze die je nach Beschaffenheit des Untergrundes einzeln oder gleichzeitig zur Anwendung gelangen Die Str mung im por sen Medium die Spalt und die Rohrstr mung 6 31 Das jeweils am besten zutreffende Modell muss m konkreten Fall erst gefunden werden Nachfolgend werden wichtige Str mungsgesetze f r por se und gekl ftete Medien kurz vor gestellt Mit dem verallgemeinerten DARCY Gesetz dem Spaltstr mungsgesetz und dem qu valenten Durchl ssigkeitstensor lassen sich h ufig auftretende Bed rf
478. ung der Erstreckung ist aus Aufnahmen an Aufschl ssen bekannt Da sich die Kennwerte zwischen den Aufschl ssen und 1m Felsuntergrund nicht bestimmen lassen repr sentieren die erhobenen Daten nur einen kleinen Ausschnitt der tats chlichen Verteilung Auch die r umliche Variabilit t der F llung der Durchl ssigkeit oder der Koh sion l sst sich statistisch nicht erfassen Zur Unkenntnis geh ren u a unentdeckte Scherfl chen oder falsch be urteilte geologische Hinweise so dass ein falsches Bild der tats chlichen Verh ltnisse entstehen k nnte 118 8 Sicherheitsdefinition tenstreuung aus der zeitlich raumlichen Variabilitat und aus der Ungenauigkeit ihrer Fest stellung Die zufalligen Fehler gehen auf die Datenerhebung die systematischen Fehler auf methodische und wirtschaftliche Einschr nkungen zur ck Letztere bed rfen einer eigenen Betrachtung setzen doch Zeit und Mitteleinsatz Grenzen be der Auswahl der Stichproben Fehlerquellen lassen sich zwar unterdr cken aber nie ausschliessen Die schwierige Erhe bung von Kennwerten bringt mit sich dass die Festlegung m glichst zutreffender Parameter keine einfache Aufgabe darstellt Modellunsicherheit Die gebotenen Vereinfachungen reduzieren die Wirklichkeitsn he der Modelle Eine erste Ver f lschung birgt bereits die Beschreibung des Untergrundes in sich eine zweite das Modell des Untergrundes Kapitel 2 6 Durch eine we tere Abminderung der Komplexit t mittels Hypothes
479. ungen Labor oder Feldversuchen erfassen Sie bezwecken eine m g lichst vollst ndige objektive und einheitliche Erhebung aller empirischen Tatbest nde um daraus Kennwerte f r die sp teren Untersuchungen Entwurf Bemessung etc abzuleiten Am Anfang stehen die visuell erkennbaren Merkmale m Zentrum der Betrachtungen Aus dehnung Form Aufbau Oberfl chenbeschaffenheit Farbe etc erlauben wichtige R ck schl sse weshalb wir ihre Bestimmung kurz erl utern Die Ausf hrungen behandeln vor nehmlich jene direkt beobachtbaren Eigenschaften von Fels deren Kenntnis f r die anstehen de Fragestellung notwendig erscheint Auf Fragen der Petrographie Lithologie und Tektonik wird lediglich am Rande eingegangen Auch die Eigenheiten von Staumauern streift man nur insofern als sie in einem engeren Zusammenhang mit dem Thema stehen Daneben soll das Verst ndnis f r die wichtigsten Begriffe vertieft werden um sie in ihrem Kern zu fassen Wichtige Beziehungen untereinander stellen wir sp ter dar Gegenstand einer Beschreibung kann entweder die Einheit von Bauwerk und Untergrund als ganzes Fall I in Abb 3 1 einer ihrer Hauptbestandteile Fall II oder die Matrix sein Fall III Letztere besteht bei der Staumauer aus dem Konstruktionsmaterial Beton beim Fels aus Gestein Zwischen usserer Erscheinung und innerem Aufbau existiert eine Abh ngiskeit die als Erstes erl utert werden soll Fall Ill Beton Gestein _ Fa
480. ungen auf das mecha nische Verhalten s chtbar zu machen Das neue Computerprogramm AutoBlock ist ein leistungsf higes auf einem Starrk rper modell bas erendes Werkzeug Es bef higt den Ingenieur in einem digitalen Gel ndemodell kritische Felsbereiche zu erkennen und solche mit minimalem Aufwand bei maximaler Zu verl ssigkeit zu untersuchen AutoBlock stellt zudem speziell zugeschnittene Mittel zur Ver fugung um gleitgef hrdete Felsk rper zu visualisieren und den Umfang sowie die Wir kungsweise verschiedenster konstruktiver Massnahmen zu vergleichen Diese neuartigen Darstellungsm glichkeiten in Kombination mit der Simulation der Wirklichkeit er ffnen eine leichte Zug nglichkeit in die abstrakte Welt der Statik Drohende Gefahren lassen sich damit auch Nicht Fachleuten pr gnant vor Augen f hren Eine solche visuelle Diskussion von Ergebnissen d rfte in vielen F llen zielgerichteter sein als die akribische Bestimmung von Sicherheitsfaktoren 230 15 Fazit Die mit dem neuen Werkzeug erarbeiteten Grundlagen heben sich von den fr heren in Be zug auf Qualit t h here Genauigkeit feinere Eingrenzung kritischer Bereiche Quantit t viel mehr Variationen im Rahmen der Sensitivit tsanalyse in k rzester Zeit und Aussage kraft bersichtlichkeit Realit tsn he deutlich ab Bis anhin erforderliche Vorbereitungs arbeiten wie die m hsame Bestimmung der Felsk rpergeometrien oder das fehleranf llige Rechnen mit Kra
481. ungssituationen ist nachzuweisen dass keine relevanten Grenzzu st nde berschritten werden Die Analysen beruhen auf Bemessungswerten die von charakte ristischen Werten ausgehen Letztere korrigiert man mit einem Teilsicherheitsfaktor der um so gr sser ist je st rker die Kenngr ssen erfahrungsgem ss streuen Jede Bemessungssituati on und damit auch jeder Lastfall wird gepr gt durch eine Leiteinwirkung die man in ex tremer Form und Gr sse ansetzt 8 7 Kompatible Begleiteinwirkungen werden reduziert n Rechnung gestellt um die geringere Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen Auftretens der ung nstigsten Werte mehrerer unabh ngiger Einwirkungen zu ber cksichtigen 8 9 Die Umstellung vom Global aufs Teilsicherheitskonzept stellt einen weitgehenden Eingriff in die Dimensionierungspraxis dar 8 22 In der Felsmechanik sprechen keine Argumente daf r im Gegenteil So fehlt z B ein Ansatz welcher die Aspekte zur Beschreibung von Trennfl chen mit Teilsicherheitsfaktoren verkn pfen und in kinematische berlegungen ein bauen w rde Unklar st auch nach welchen Kriterien beispielsweise ein hydrostatischer Wasserdruck mit einem Teilsicherheitsfaktor erh ht ein Sohlwasserdruck reduziert oder e n Kluftwasserdruck korrigiert werden sollte Zudem beeinflusst die Verwendung von Bemes sungswerten die Richtung und den Betrag der Gesamtresultierenden aller angreifenden Kr fte und damit die Kinetik Der Grat zwischen
482. unkt an Bei der Festlegung der Raumgewichte werden unterschiedliche Betonqualit ten oder Gesteinsarten gemittelt Die Trennfl chen m Fels bleiben unber cksichtigt da hr Volumen m Verh ltnis zum Bruchk rpervolumen vernachl ssigbar st und das spezifische Gewicht von Matrix und F llung nur wenig differiert Hingegen erh hen wassergef llte Poren das Raumgewicht Fol gende Angaben k nnen als Richtwerte gelten 6 4 6 5 Beton 23 25 kN m Gestein 21 30 kN m Auflast Auflasten kommen vor im Staubecken auf dem Sperrenk rper 1m Widerlager sowie im Vor landbereich Man unterscheidet folgende Arten Wasser siehe Kapitel 6 3 e Beton Eine solche Auflast ist eher selten So wurden z B bei der Pfeilerplattenmauer Morris Shepard nach festgestellten Verschiebungen 60 000 m Beton eingebracht 6 6 e Boden Der Nahbereich der Gr ndungsfl che ist vielfach mit einer Lockergesteinsschicht berzogen deren Machtigkeit je nach Lage der Fels resp Gel ndeoberfl che variiert Weil eine klare Abgrenzung der Felsoberfl che aufgrund der Verwitterung selten m glich ist sind hierf r Annahmen notwendig Fur die Bestimmung der Auflast sch tzt man ihre r umliche Ausdehnung ab und multipliziert sie mit einem mittleren Raumgewicht von 19 25 kN m e Sch ttgut Anh ufungen von Sch ttgut finden sich oftmals im Talboden des Vorlandes Das Vorgehen beim Festlegen der Auflast entspricht jenem beim Boden e Sedimente I
483. unterdruck 4u zu sammen Im Allgemeinen ist zu erwarten dass der Porenwasserdruck gleich dem Kluft wasserdruck ist Bei raschen Schwankungen des Kluftwasserspiegels z B bei einer schnellen Seeabsenkung kann jedoch nicht damit gerechnet werden dass sich der Poren wasserdruck sofort dem Kluftwasserdruck angleicht e Kluftwasserdruck Der Druck des in den Trennfl chen des Felsfundamentes ruhenden oder str menden Bergwassers wirkt an den Trennfl chenwandungen auf das Gestein In glei cher Weise greift diese Fl chenkraft an den Kontaktfl chen potentieller Bruchk rper an Abbildung 6 4 a zeigt einen quaderf rmigen Kluftk rper in einem Bergwasser ohne Bewe gung belastet durch sein Eigengewicht G und durch den hydrostatischen Wasserdruck auf alle Wandungen A U U1 U U4 Die resultierende Last G entspricht dem Gewicht des Kluftk rpers unter Auftrieb G G A V V w E V n mw V 7 Ist das Bergwasser in Bewegung Abb 6 4 b so gibt es zus tzlich Schub und Normalspannun gen auf die Trennfl chenwandungen ab Die infolge der Wandreibung des str menden Wassers entstehenden Schubspannungen k nnen in der Regel vernachl ssigt werden 6 46 Die Resultierende aus den Kluftwasserdr cken ergibt sich aus der vektoriellen Ad dition des Auftriebs A und der Str mungskraft S Wegen der bei diesem Beispiel senkrech ten Potentiallinien ist die Stromungskraft S V i x horizontal gerichtet Bauliche Mass nahmen durc
484. unterscheidet man e Verfestigungsinjektionen Die 5 30 m langen Kontaktinjektionen Vorspann Heft Konsolidationsinjektionen sind rasterartig im Bereich der Fundationsfuge angeordnet Abb 2 7 Sie verbessern die Haftung zwischen Sperrenk rper und Untergrund erh hen die Tragf higkeit und Steifigkeit des letzteren und erlauben die Nachdichtung des angewitterten oder aufgelockerten Bereichs nahe der Felsoberfl che Abb 2 8 e Abdichtungsinjektionen Die mitunter mehr als 100 m tiefe vertikale oder geneigte Ebene aus mehreren Bohrreihen f r die Auff llungs oder Schleierinjektionen liegt nahe beim seeseitigen Mauerfuss Abb 2 8 Der Injektions oder Dichtungsschirm bezweckt eine Verkleinerung der Durchl ssigkeit resp eine Verl ngerung des Sickerweges Die h heren Druckverluste f hren schliesslich zu einer Reduktion der Durchsickerung Drainagen Die 10 30 m langen Drainage Entlastungs oder Entw sserungsbohrungen sollen eine direkte Verbindung zu wasserf hrenden Trennfl chen oder Zonen schaffen Sie sammeln das durch den Untergrund sickernde Wasser leiten es ab und reduzieren damit den piezometri schen Druck Man unterscheidet drei Arten Einzeldrainagen Einzelbohrungen Fl chen Hochwasser Entlastungsstollen Kaverne fur Kommandozentrale Liftschacht Kontakt injektionen
485. ur vorgegeben die Umh llende richtungsabhangig Be Belastungen senkrecht und parallel zur Paralleltextur wird d e Festigkeit durch jene des isotropen Gesteins bestimmt Bei abweichenden Belastungsrichtungen entstehen Schubspan nungen n der Gef geebene so dass deren niedrigere Scherfestigkeit zunehmend die Festig keit des Pr fk rpers bestimmt Die Abminderung ber cksichtigt man durch die Wahl entspre chender Scherparameter os und cs Je nach Belastungsrichtung und Seitendruck gelten folg lich andere Scherparameter die zwischen s und g bzw cs und cg liegen Da der Ver suchsaufwand zur Bestimmung der Richtungsabhangigkeit der Festigkeit f r verschiedene Seitendr cke sehr hoch ist werden die Scherparameter der Gef geebene meist aus den Er gebnissen von einaxialen Druckversuchen hergeleitet oder im direkten Scherversuch ermittelt _ Bruchgerade T Cr o0 tan Die Ergebnisse von indirekten Scherver suchen an Trennfl chen werden anders ausgewertet Hier deutet man die Scher festigkeit f r einen Normalspannungsbe reich o 7 in Abbildung 7 7 entspricht jener in der potentiellen Gleitfl che durch eine COULOMB sche Gerade mit einem Koh sions und einem Reibungs teil 7 17 7 26 Der Ordinatenab schnitt bei der Normalspannung null g amp H chstfestigkeit fo Scherspannung 7 Zulassiger Bereich se eco es definiert die Koh sion cr die Steigung 0 Homepage
486. ur zeigen k rnige Tiefen gesteine meist eine richtunglose Textur Vulkanite eine Paralleltextur Letztere kann auf ein Fliessen der erstarrenden Schmelze oder auf einen Druckeinfluss bei der Erstarrung zur ckge f hrt werden Bei vulkanischen Aschegesteinen sind die zeitlich gestaffelten Ablagerungen in Form von Schichten sichtbar Tiefengesteine weisen eine kompakte Ergussgesteine eine po r se Textur auf die auf die beim Erstarren fixierten Gasblasen zur ckgeht 3 30 Sedimentgesteine Sedimentgesteine entstehen durch Ablagerung und Verfestigung von verwitterten erodierten und transportierten Gesteinen aller drei Hauptgruppen Die Diagenese der Lockersedimente durch Entw sserung Kompaktion und oder Verkittung findet durch Uberlagerung j ngerer 36 3 Beschreibung Schichten nahe der Erdoberfl che statt Ihr Korngef ge w rd bestimmt von der Art des Transportes der Ablagerung sowie der Verfestigung Mit Ausnahme einiger biogener Sedi mente weisen die meisten Sedimentgesteine als prim res Gef gemerkmal eine ausgepr gte Schichtung auf Die Struktur wird anhand der Korngr sse gr ssenverteilung form oberfl chenbeschaffenheit und bindung sowie der Ecken und Kantenrundheit beschrieben S e h ngt von der Kornform vor der Verwitterung und vom Transportmedium ab 3 26 Die Textur zeichnet sich durch einen auff lligen Lagenaufbau aus Er ergibt sich bei einem Wech sel des sich absetzenden Gesteinsmaterials oder durch Verfe
487. urch Spannen der unter dem Modell fixierten Zugdrahte auf Je nach Beschaffenheit des Untergrundes konnten einzelne Berei che detaillierter modelliert sein wobei das Eigengewicht wiederum durch Zugdrahte s mu liert wurde Den hydrostatischen Wasserdruck brachte man mit hydraulischen Pressen Abb 9 2 oder fl ssigkeitsgef llten Beuteln auf Homogen aufgebaute Modelle versagten in der Regel durch Bruch nahe der Mauerkrone am luftseitigen Sperrenfuss oder durch Abscheren entlang der Gr ndungsfuge Globalsicherheits faktor yg gt 10 Bei einem anderen Untergrund trat dort der Bruch fr her auf yg ca 8 9 9 13 F r Stabilitatsuntersuchungen der vorliegenden Art waren solche Modelle ungeeignet da sich das Eigengewicht des ganzen Gr ndungsk rpers nicht simulieren lies 9 11 Gem ss einer Umfrage des Schweizerischen Talsperrenkomitees wurden statische Modelle der Bogenmauern Contra und Valle di Lei 1 66 6 Gigerwald 1 200 Limmern Nalps Zer vreila Zeuzier alle 1 250 sowie Luzzone 1 333 untersucht 9 14 Geomechanische Modelle Hier wurde das Fl chengef ge unter Beachtung seiner Eigenschaften nachgebildet Abb 9 3 Der Gr ndungsk rper bestand aus ebenen Quadern unterschiedlicher Dichte sie ahmten mit den Abmessungen die realen Abst nde nach Um eine beschr nkte Erstreckung bzw Materi albr cken zu ber cksichtigen wurden sie lokal zusammengeklebt 9 10 9 11 Hydraulische Pressen oder Beutel mit Fl ssigkeite
488. uskristallisierende Minerale Quarz Calcit Pegmatit Aplit etc die den Hohlraum h ufig vollst ndig verf llen verheilte verwachsene Kluft Ganggestein Einen mit Kristallen ausgekleideten Hohlraum mit einem zentra len Resthohlraum nennt man Druse Verwitterungsprodukte Durch Verwitterung entstandenes Lockergestein Ton Silt Sand etc das vom Ne bengestein stammt oder fremden Ursprungs ist eingeschwemmt Abrieb Durch Bewegungsvorg nge z B gegenseitige Verschiebung von Schichten bei der Faltung entstandenes unverfestigtes Lockergestein mit einer Korngr sse lt 1 mm Eine mm cm m chtige Lage von zerkleinertem Gestein auf den Gesteinsoberfl chen nennt man Kluftlette d nne Lagen der gleichen Korngr sse Zerreibsel Tab 3 6 bersicht ber die Kl fte des Prim rgef ges 3 3 3 17 3 21 3 24 3 25 3 28 3 30 3 32 3 35 3 40 3 41 3 42 Magmatische Gesteine Abk hlungskluft Trennfl che die durch Volumenverminderung bei der Abk hlung entsteht In basalti schen Ergussgesteinen kommt es zur Ausbildung s ulenf rmiger oft sechseckiger K rper deren L ngsachse senkrecht zur Oberfl che des Gesteinsk rpers liegt Kontraktionskluft Trennfl che die durch Aufreissen inf Kontraktion bei Abk hlung einer Schichtfuge mit schlechtem Verbund entsteht Die planare Paralleltextur ist auf eine laminare Be wegung der erstarrenden Schmelze zur ckzuf hren Schalenriss Oberfl chenparallele Trennfl ch
489. uss bezeichnet man auch als HENNY crack 5 7 Nicht bei allen Abl sefl chen treten jedoch Zugspannungen auf wie das Beispiel klaffender Trennfl chen belegt Aus diesem Grund ist eine Kontaktfl che nicht automatisch eine Bruchfl che 64 5 Kinematik 5 1 Bruchk rperform 5 1 1 Abgrenzung In der Bodenmechanik muss der kritische Bruchk rper durch verschiedene Annahmen bez g lich der Lage und Form der Bruchfl che bei gegebenem Verlauf der Bodenoberfl che ermit telt werden Ausgehend von einer als zutreffend erachteten Form der Bruchfl che variiert man ihre Lage bis der ung nstigste Fall vorliegt bliche Annahmen f r die Form sind im ebenen Fall Geraden Kreise oder logar thmische Spiralen In der Felsmechanik ergibt sich die Form eines potentiellen Bruchk rpers aus der angenom menen Lage und Form der Kontaktfl che bei bekanntem Verlauf der Felsoberfl che 5 8 5 9 Das Fl chengef ge das lokal die Zug und Scherfestigkeit des Gesteinsverbandes mindert bestimmt hierbei entscheidend die Form der Grenzfl che zwischen Bruchk rper und Untergrund 5 10 Unter der Wirkung der angreifenden Kr fte kommt es zu einem fortschrei tenden Zusammenschluss von vorhandenen Fehlstellen und neu entstehenden Bruchfl chen bis sich ein Felsvolumen vom Untergrund l st Die ung nstigste Position der Kontaktfl che resultiert aus der Variation ihrer Lage 5 11 Gem ss Kapitel 4 4 3 wird davon ausgegan gen dass d e Gestalt nderu
490. vorzugt man statt des S cherheitsabstandes einen Faktor so entspricht die Versagenswahrscheinlichkeit Pr p ya lt 1 dem Anteil Globalsi cherheitsfaktoren kleiner 1 an der Gesamtzahl der Rechengange Abb 8 4 Zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeitsverteilung stehen verschiedene N herungsmethoden zur Verf gung Numerische Simulation TAYLOR Reihenentwicklung oder eine Punktabschat zung nach ROSENBLUETH Bei der Monte Carlo Methode f hrt man repetitiv eine grosse An zahl von Einzelberechnungen mit ausgew hlten Eingabepara metern gem ss einer angenom menen Verteilung durch be stimmt den Sicherheitsfaktor und wertet die Resultate statis tisch aus Abb 8 5 Sie ist at trakt v weil sie probabilistische Probleme mit einem determinis tischen Algor thmus l st und alle Arten von Dichtefunktionen erlaubt Bei voneinander abh n gigen Parametern kann sie allerdings zu falschen Resulta ten f hren H ufigkeit Abb 8 4 Ya lt 1 Keil Yez Kleine Streuung Grosse Streuung Be Sicherheitsfaktor Je nach Streubreite kann ein h herer Sicherheits faktor yg 2 gt yg eine h here Versagenswahrschein lichkeit Pr2 p yg lt 1 gt Pr zur Folge haben Ei ne solche Haufigkeitsverteilung lasst sich z B mit Hilfe einer numerischen Simulation bestimmen Note that the margin of safety concept can only be used where the resisting and displacing forces are independent variables This conditi
491. w a Raw we BET e Fa a 5 A Pre OF S ie ae j nn a af R Fen ir 7 i A I hia PS As Soe 5 BAR Abb 11 3 _Gr ndungsfl che der linken Widerlagerseite mit den beiden Fundamentschlitzen 11 3 ren Wirksamkeit durch Zusatzbohrungen und Wasserabpressversuche kontrolliert wurden Die Menge des eingepressten Zementes variierte rtlich stark und erreichte einen Umfang von 3 600 t 50 kg m Injektionsschirm F r die unregelm ssig angeordneten 5 m langen Kon taktinjektionen wurden 200 to verwendet Abb 2 7 Von den Kontrollg ngen und Hohlr u men teufte man Entlastungsbohrungen ab die an zwei Stellen einen Drainageschirm bilden Die unterirdischen Hohlr ume unterteilen s ch n einen unverkleideten Umlaufstollen aus der Bauphase sow e den stlich gelegenen Druckstollen Durchmesser 2 50 m samt Schieber kammer und zugeh rigen Zugangs und Verbindungsstollen Abb 11 2 11 3 Messungen im Untergrund 11 3 1 Gleitmikrometermessungen Mitte der Siebzigerjahre stieg die Infiltrationsmenge im Bereich eines Mauerblocks kontinu ierlich an W hrend Pendel und Klinometerablesungen keine Abweichungen zu fr heren Jah ren zeigten deuteten geod tische Messungen auf eine Zunahme der bleibenden Mauerver formungen hin Angesichts dieses unerwarteten Verhaltens leitete man eine umfassende Un tersuchung ein die zur Entdeckung eines 300 m langen aktiven Risses im Fels f hrte AR in Abb 11 4 Er verl uft pa
492. weder auf der Betrachtung von Grenzzust nden bekanntester Vertreter Grenzgleichge wichtsmethode oder auf der vollst ndigen Berechnung d e neben dem elastischen auch den Bereich des aufgezwungenen plastischen Fliessens ber cksichtigt z B Finite Element Methode 4 7 Letztere obschon vom theoretischen Standpunkt aus die Vielverspre chendste hat sich in der Praxis f r Stabilita tsuntersuchungen aus vielerlei Gr nden nicht durchgesetzt So ist u a die Formulierung einer Spannungs Dehnungsbeziehung f r eine Trennflache anspruchsvoller als jene eines Festigkeitskriteriums Auch die Interpretation des resultierenden Spannungszustandes in ausgew hlten Punkten oder Fl chen ist heikler als die Diskussion eines skalaren Wertes wie dem Sicherheitsfaktor siehe Kap 8 Im Vergleich dazu kann bei der Betrachtung von Grenzzust nden die Traglast ohne das schrittweise Verfahren einer elasto plastischen Berechnung bestimmt werden F r die Einord nung der Grenzzust nde ist eine kurze R ckbesinnung auf die Grundlagen der Technischen Als Beispiel sei die 39 m hohe Bogenmauer Idbar BA erw hnt an deren rechtem luftseitigen Widerlager beim Erstein stau Sickerwasser aus der Kontaktzone zwischen Schiefer und gekl ftetem Kalk austrat 1959 f hrte ein Hochwasser zu erneuten Wasseraustritten verbunden mit einer Erosion der Tonf llung und der Bildung instabiler Felsk rper vor der Mauer In der Folge kam es zu einer Setzung 10 cm des recht
493. wegungen sind gef hrlich weil sie rascher zum beschleunigten Bruchvorgang berleiten Ebene gef llte oder glatte Trennfl chen oder solche mit Versatz streben direkt dem Restwert zu der Bruch k ndigt sich an durch vorange hende Deformation Abbildung 7 4 b stellt schematisch die Grenzkurven der Festigkeit dar Gut sichtbar ist vor allem der Einfluss der F llung Ohne F llung wird der Verlauf der Grenz kurve von den Unebenheiten der Trennfl che mit einer dicken F llung vom F llmaterial al leine bestimmt Die Relativbewegung der beiden Pr fk rperh lften erfolgt bei unebenen Trennfl chen in fes tem Gestein nicht nur parallel sondern auch senkrecht zur Scherebene Ein solches ffnen bezeichnet man als Dilatanz Volumenzunahme oder Aufgleitung Kontraktanz ein Schliessen der Trennflachen w hrend des Abscherens kommt v a bei hoher Normalspan nung in weichem Gestein bei verwitterten Trennfl chen oder feink rniger F llung vor Die durch die Unebenheit bedingte Dilatanz setzt sofort nach Versuchsbeginn ein Mit zunehmen der Normalspannung verringert sich die Volumenzunahme weil ein gr sserer Teil der Un ebenheit abschert 7 13 Der direkte Scherversuch bietet den Vorteil dass neben der Scher verschiebung Au die Dilatanz Av fortw hrend gemessen und daraus der Dilatanzwinkel i tan Av Au berechnet werden kann 7 14 Die Hochstfestigkeit bleibt eine unsichere Gr sse Sie h ngt stark von der Normalspannung den Ab
494. weil die vorhandenen Einrichtungen und die Bedingungen der Durchf hrung erheblich differieren begrenzter Scherweg Abnah me der realen Scherfl che wiederholtes Testen gleicher Proben etc Wichtig ist der korrekte Einbau von Probek rpern mit richtungsabh ngigen Gef gemerkmalen Abbildung 7 5 zeigt eine Schichtfuge mit Rippelmarken Je nach Richtung der Scherkraft wird sich hier wohl eine andere Festigkeit einstellen 7 4 Der Einfluss des Wasserdrucks auf den Schervorgang l sst sich anhand von drainierten Standard oder undrainierten Versuchen pr fen 7 17 Vergleicht man die Ergebnisse von indirekten Scherversuchen Abb 7 2 mit denjenigen von direkten Scherversuchen Abb 7 3 so f llt eine weitgehende hnlichkeit auf Sowohl die Kurven fur die o e Beziehung bzw r u Beziehung als auch jene mit den H chst und Restfes tigkeitsgrenzen weisen grunds tzlich die gleiche Form auf Das in der Folge entwickelte Kon zept des direkten Scherversuchs mit kontinuierlichen Bruchzust nden 7 11 erlaubt die Um h llende der H chst und Restfestigkeit mit Hilfe eines einzigen Pr fk rpers zu bestimmen Die Welligkeit von Trennfl chen l sst sich teilweise mit Grossversuchen in situ erfassen Je ausgedehnter dabei die Testfl che des Pr fk rpers ist umso wahrscheinlicher sollte der Ein fluss der geometrischen Abweichungen von der ebenen Trennflache in den Versuchsergebnis sen enthalten sein 7 19 Gemeinhin arbeitet man drei bis f nf Pr
495. werden die Daten durch Interpolation aus dem Basismodell gitterf rmig mit vorgegebener Maschenweite angeord net so dass die Ursprungsdaten nicht mehr exakt auf der modellierten Oberfl che liegen Eine Halbierung der Rasterweite erh ht zwar die Genauigkeit l sst aber den Speicherbe darf quadratisch anwachsen 10 8 F r die Generierung glatter Oberfl chen sind Beschrei bungen mittels gekr mmter Fl chen bekannt d e auf Polynomans tzen beruhen Dreiecks netze sind besonders f r DTM Oberfl chen mit Zwangsseiten Gitternetze f r glatte Ober fl chen geeignet In der Schweiz bietet die Landestopographie f r Anwendungen im topo graphischen 3D Bereich ohne Bewuchs und Bebauung folgende zwei Modellformen auf der Grundlage der Landeskarte 1 25 000 an Zum einen das DHM25 Basismodell mit digi talisierten H henkurven und koten alpinen Hauptbruchkanten und unregelm ssiger al EHER a ny EHER a Se a men as b Abb 10 2 Netzarten a Dreiecksnetz b Gitternetz und c Hybrides Netz 10 6 10 7 Aufbau eines m glichst gleichseitigen Dreiecks wobei Zwangsseiten H henlinienabschnitte Kanten eine Dreiecksseite bilden m ssen Das rein geometrische DELAUNAY Kriterium nimmt keine R cksicht auf geomorphologische Formen 10 1 Grundlagen 143 Punktverteilung zum andern das daraus interpolierte DHM25 Matrixmodell mit einer Standard Maschenweite von 25 m und regelm ssiger Punktverteilung 10 9 Die Vorteile
496. y amp Sons New York SCHNITTER N 1994 A history of dams the useful pyramids A A Balkema Rotterdam 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9 9 10 9 11 9 12 9 13 9 14 9 15 9 16 9 17 9 18 9 19 9 20 9 21 9 22 9 23 9 24 9 25 9 26 9 27 9 28 9 29 9 30 9 31 9 32 9 33 Literaturverzeichnis 251 OBERTI G 1981 Physical models for concrete structures ISMES Nr 149 Bergamo LONDE P 1990 Arch dams and Europe Jn Dams in Europe and USSR Ed Cotillon Bartle amp Veltrop ICOLD Water Power amp Dam Construction RISSLER P 1998 Talsperrenpraxis R Oldenbourg Verlag Miinchen OBERTI G 1980 Model analysis of modern large dams JSMES Nr 127 Bergamo FUMAGALLI E 1978 Geomechanical models notes on the state of the art SMES Nr 109 Ber gamo PINA C PEREIRA DA COSTA C 1993 Failure analysis of rock foundations by experimental and numerical methods Short Course on Dam Foundations on Rock Masses Eurock 93 Lisboa FUMAGALLI E 1973 Statical and geomechanical models Springer Berlin OBERTI G BAVESTRELLO F ROSSI P FLAMIGNI F 1986 Rock mechanics investigations design and construction of the Ridracoli dam Rock Mech 19 3 Springer Wien ROCHA M SERAFIM J L ESTEVES FERREIRA M J 1960 The determination of the safety factor of arch dams by means of models In RILEM Symp Bu
497. ybrides Modell der 85 m hohen Mehrfachgew lbe mauer Cambambe AO vgl Abb 9 3 Um die Re chenzeit zu verringern w hlte man den Trennfl chen St ck in Kombination mit abstand viermal gr sser als in Realit t Programm den Schichtfl chen 9 24 3DEC 9 30 Diskontinuumsmodelle Mathematische Diskontinuumsmodelle kennt man erst seit den Siebzigerjahren Nun stand nicht mehr das Kontinuum mit Trennfl chen sondern das Diskontinuum mit Kluftk rpern m Vordergrund Die n der Fachliteratur als Discrete Element Methods 9 25 bezeichneten Verfahren geh ren zu den dynamischen Methoden und erlauben eine Translation und Rotation der K rper inkl automatisch erkannter Aufhebung und Neubildung von Kontakten Sowohl die Kluftk rper als auch d e Kontakte k nnen starr oder deformierbar sein Wichtigste Vertre ter dieser Gattung sind die Distinct Element Methode 9 26 9 27 9 28 sowie die Disconti nuous Deformation Analysis 9 29 Beide Programme berechnen die Bewegung und Verfor mungen der Einzelk rper unter der Wirkung der an ihnen angreifenden Kr fte Die Eingabe umfasst Angaben zum Fl chengef ge zum Gestein und zu den Einwirkungen Lasten Erdbe ben Wasser etc Wie anderswo liegen die Schwierigkeiten bei den Stoffgesetzen insbeson dere f r die Kontakte die in grosser Vielfalt zur Auswahl stehen Im Unterschied zur Grenzgleichgewichtsmethode muss zu Beginn eines Berechnungsgangs weder ein potentieller Bruchk rper noc
498. ytechnische Hochschule in Mailand Versuche an photoelastischen Modellen durch um das Verhalten breiter Bogenmau ern auf einem elastischen Felsfundament zu ergr nden Weitere Studien an r umlichen Mo dellen galten dem Verhalten von Zylindermauern Es zeigte sich dass die vertikalen Kragar me grossen Biegespannungen ausgesetzt waren d e durch den Entwurf einer Kuppelmauer und die Anordnung einer Umfangsfuge reduziert werden konnten Nach dem zweiten Welt krieg wurden verschiedene Studien f r hohe Talsperren in Angriff genommen Das damit ver bundene Bed rfnis nach Versuchen an physikalischen Modellen f hrte weltweit zur Gr n dung mehrerer auf dieses Gebiet spezialisierter Forschungsinstitute Sie untersuchten das Verhalten ebener oder r umlicher Modelle im Gebrauchszustand und f hrten Bruchversuche auch m grossen Massstab durch um das Tragwerksverhalten m Extremfall zu studieren und einen globalen Sicherheitsfaktor zu bestimmen 9 8 In den Jahren 1955 1960 entwickelten sich die statischen zu den geomechanischen Modellen weiter welche die felsmechanischen Eigenheiten des Gr ndungsk rpers genauer abzubilden suchten 9 9 Beide Arten konnten sich trotz der langsam aufkommenden numerischen Methoden noch eine rechte Zeit lang be haupten kommen mittlerweile aus Kostengr nden aber nur noch f r Sonderf lle zur Anwen dung z B bei spezieller Mauerform Eine neuere Entwicklung stellen Zentrifugenmodelle dar Hierzu geh ren n
499. z 2 37 18 2 Grundlagen gesch tzt nicht aber nach den Kriterien der statistisch gegebenen Variabilit t festgelegt werden 2 31 Oft st sst auch die Bestimmung von A auf grosse Schwierigkeiten weshalb die Risikobewertung meist den Weg der qualitativen Einsch tzung geht Die Auswirkung der Einzelkomponenten A und w auf R veranschaulicht Abbildung 2 9 Geht man von einem bezogenen Schadensausmass A A ax aus so ergibt sich f r beide Faktoren der Wertbereich O bis 1 Der Wert von R A x w den man sich als eine senkrecht zur Bildebene aufgetragene Gr sse vorstellen kann verschwindet definitionsgem ss entlang der beiden Koordinaten achsen Will man ein mit dem Punkt P charakterisiertes Risiko verringern P gt P geht dies mit einer Reduktion der entsprechenden Ausgangswerte von A A ax und w einher Gewisse Massnahmen sind spezifisch d h sie vermindern entweder w z B durch einen Drainage schirm oder begrenzen A z B Evakuation der Unterlieger Bei Stauanlagen ist man bestrebt ein sehr hohes Sicherheitsniveau zu erreichen In der Schweiz wird dieses Ziel in der Stauanlagenverordnung konkretisiert 2 20 Es will das Risiko durch eine hohe konstruktive Sicherheit reduzieren und das Restrisiko durch eine berwachung sowie ein Notfallkonzept unter Kontrolle halten Konstruktive Sicherheit Eine Stauanlage muss f r alle m glichen physikalischen Gegebenheiten korrekt entworfen bemessen durchbildet und gebaut sein Wichtig
500. zielle Lastf lle verhindert letztere suchen die Strasse durch Auffangen oder Umleiten des Sturzk rpers zu sch tzen Dazwischen liegen erhebliche Unterschiede in Bezug auf den Aufwand die Kosten und den Gewinn an Sicherheit Ausserdem sind die ange strebte Sicherheit im Bauzustand die Ausf hrbarkeit und der Landschafts schutz in die Uberlegungen miteinzu beziehen Die Untersuchungen ergaben dass die verschiedenen Felsbereiche mit finanziell vertretbarem Aufwand ge sichert werden k nnen Zu den Massnahmen m Einzelnen e Teilgebiet 1 In Abbildung 12 25 12 5 Sicherungskonzept 195 Armierter Spritzbeton mit Ankern Systematische Ankerung Einzelanker Steinschlagnetz Drainagebohrungen Lage 1 Drainagebohrungen Lage 2 Drainagebohrungen Lage 3 Drainageleitung Auff llung Isench li ist das vorgeschlagene Siche rungskonzept in einem typischen Querschnitt dargestellt Dabei ste hen Drainagebohrungen von der Strasse aus und von oben im Vor dergrund Eine Systemankerung soll ein weiteres Abbl ttern bzw Kippen entlang der Schieferung verhindern Die Stabilisierung Abb 12 25 bersicht ber die konstruktiven Massnah einzelner grosser Bruchk rper w men beim SPORN Teilgebiet 1 re nur f r den Totalausfall des Drainagesystems notwendig Lo kal angeordnete Anker fixieren Felsk rper d e von der Systemankerung nicht erfasst wer den Netze unterbinden fl chenhaft Steinfall Im Un
501. ziellen Programm be rechnete Dreiecks Vierecksnetz der Felsoberfl che grenzt dieses ab und f gt die vordefi nierten Bauwerksk rper ein Nun erfolgt die Konstruktion des DTM s als Volumenmodell mit Hilfe des in AutoCAD implementierten ACIS 3D Toolkit Das so geschaffene digitale Gel ndemodell bildet den Ausgangspunkt f r alle weiteren Untersuchungen Aus hm wer den sp ter potentielle Bruchk rper herausgeschnitten deren Stabilit t man berpr fen will e Kinematical Conditions Hier wird auf der Grundlage der Trennfl cheneigenschaften die Form und Gr sse des als homogen und starr angenommenen Bruchk rpers definiert Die Form h ngt pr m r von der Raumstellung und Kombination vorhandener Trennfl chen ab Man beschr nkt sich hierbei auf maximal vier verschiedene pro Bruchk rper Nach der Eingabe je einer charakteristischen Trennfl che pro Schar samt Halbraum und Abstand legt der Benutzer die Gr sse durch Grenzwerte f r die Ausbisslinienl nge und die Kon taktfl che pro Schar f r die Felsoberflache sowie f r das Bruchk rpervolumen fest Findet s ch unter all diesen Bedingungen ein potentieller Bruchk rper so kann er graphisch dar gestellt werden Seine geometrischen Eigenschaften s nd n Listenform abrufbar e Loading Conditions Hier gibt man die einzelnen am kinematisch zul ssigen potentiellen Bruchk rper angreifenden Lastgr ssen ein Sie lassen sich vereinfachend in Raum Ein zel und Wasserkr fte unterte
502. zter Kontinuit t sind Ob eine solche Vereinfachung sinnvoll ist wird sp ter gepr ft Kap 5 2 Die wahrscheinlichsten It is also assumed that no fractures develop within the solid mass This hypothesis is optimistic for any fracture developement within the body would influence the safety of the design If such a possibility appears to be realistic it should be investigated independently through definition of a new rock tetrahedron 5 12 Der fliessende bergang vom Fels zum Boden hat vielerlei Auswirkungen wie z B With exceptionally close spacing the orientation is of little consequence as failure may occur through rotation or rolling of the small pieces 5 13 Wir verzichten auf eine Untersuchung dieses Sonderfalls da solche Verh ltnisse unter der Aufstandsfl che eher selten sind bzw extremalen Werte aller Raum stellungen werden systematisch in jeder Variation miteinander kombi niert und die Lage sowie die Rich tung s mtlicher Schnittlinien in Bezug auf das Tragwerk gepr ft Selbst bei berschaubaren Verhalt nissen ergeben sich rasch sehr v ele hnliche Bruchk rperformen So grenzen in Abbildung 5 3 die zwei s ch schneidende Trennfl chen scharen bei identischer Schnittli nienrichtung theoretisch vier ver schiedene keilf rmige Kontaktfla chen ab die sich einzig in den Halbr umen pro Trennfl chenschar unterscheiden Das wi rksamste Mittel um die r umliche Beziehung von verschie 5 1
503. zu einem Versagen des Tragwerks f hren Beim schw cheren h ufiger auftretenden OBE werden Sch den in Kauf genommen wenn sie die Nutzung der Stauanlage nicht beeintr chtigen Seine Berechnung erfolgt meist mit probabilistischen Methoden wah rend man sich f r die MCE Bestimmung auch auf deterministische abst tzt Bei dessen Fest legung spielen zudem soziale und konomische Kriterien eine wichtige Rolle 6 20 In Gebieten geringer Seismizit t z B GB wird bei Stauanlagen mit sehr grossem Schadenspotential eine Wieder kehrperiode von bis zu 30 000 Jahren spezifiziert In Gebieten mit hoher Seismizit t CL wo sich ein Erdbeben mit M gt 8 alle 100 Jahre ereignet betr gt die Wiederkehrperiode des Nachweisbebens bloss 500 Jahre 6 18 In der Schweiz basiert das Nachweisbeben entspricht MCE auf einer probabilistischen Betrachtungsweise Die Wieder kehrperiode betr gt f r grosse Talsperren 10 000 Jahre Die richtungsunabh ngige Spitzenbeschleunigung erh lt man durch eine Umformung der vom Schweizer Erdbebendienst publizierten Intensit tskarte Die Vertikalkomponente a er rechnet sich durch Abminderung der Horizontalkomponente a a 2 3 a 6 17 6 2 Erdbeben 83 Pseudostatisches Ersatzverfahren Fur die Untersuchung des Sperren und Grundungskorpers setzte man lange ein einfaches N herungsverfahren ein das die dynamischen Effekte durch Ersatzlasten auf statischer Basis ersetzt Obschon dieses pseudostatische Vorgeh
504. zu haben Es kam zu einem raschen Versagen der Staumauer wobei Mauerbl cke wegglitten und kippten the dam rapidly failed with large sections overturning or opening like a door Bouzey FR Matrix Mauerwerk Beton Sedimentgestein Kenndaten H he L nge 20 528 m Fertigstellung 1880 Versagen 1884 lt f nf Betriebsjahre Ph nomen Nachdem 1881 w hrend dem Ersteinstau viel Sickerwasser ausgetreten war stellte man 1882 zwei Risse fest die eine Absenkung notwendig machten 1884 riss sich 2 7 m vor dem Vollstau ein 137 m langer Abschnitt des Sperrenk rpers von der Kontaktfuge los und bewegte sich 38 cm in Richtung Luftseite Gleichzeitig verdoppelte sich die Sickerwassermenge 1885 entdeckte man bei der Absenkung des Stausees dass der Sperrenk rper auf der Seeseite viele Risse auf wies insbesondere nahe dem Fundamentschlitz im geschichteten Sandstein Ein Riss war dabei 91 m lang und horizontal In der Folge dichtete man die Risse ab injizierte sie erstellte Draina gen und vergr sserte den luftseitigen Mauerfuss so dass eine rund doppelt so grosse Aufstands fl che entstand 1895 brach pl tzlich der obere Teil des Sperrenk rpers auf einer L nge von 183 m und 10 m H he was den Tod von 100 Personen herbeif hrte St Francis US Matrix Beton Sedimentgestein Metamorphes Gestein Kenndaten H he L nge 63 213 m Fertigstellung 1926 Versagen 1928 lt f nf Betriebsjahre Ph nomen Das Tragwerk vers
505. zum einen in der quantitativen Erfassung der Ebenheit W re diese in der jeweiligen Richtung der potentiellen Gleitbewegung bekannt so k nnte man daraus den Dilatanzwinkel i bestimmen Zum andern wurde die Bruchbedingung an bersichtlichen s gezahnf rmigen Modellen hergeleitet die mit den sehr viel komplizierteren Oberfl chengeometrien in der Praxis wenig gemein haben Damit ergeben sich keineswegs die idealisierten sondern konti nuierlich gekr mmte Grenzkurven f r die Hochstfestigkeit 7 1 7 2 3 Nichtlineares Bruchkriterium In der Vergangenheit wurde wiederholt versucht das Scherverhalten von Trennfl chen exak ter nachzubilden So f hrt die Literatur manche Vorschl ge auf zur Abrundung der bilinearen Kurve wovon nur jene der folgenden Autoren eine gewisse Akzeptanz fanden 7 3 e LADANY ARCHAMBAULT Nach dem Studium des graduellen bergangs vom Aufgleiten zum Abscheren kombinierten sie den Beitrag von Reibung Dilatanz und Verzahnung zu einer Beziehung f r die H chstfestigkeit 7 31 Sie erwies sich in Untersuchungen an idealisier ten Modellgeometrien als zutreffend 7 7 Allerdings schr nken die vielen selbst unter Laborbedingungen nur schwer bestimmbaren Parameter die Anwendbarkeit stark ein 7 12 7 3 Scherparameter 109 e BARTON Um die schwierige Ermittlung des Dilatanzwinkels zu umgehen entwickelte er anhand von Modellversuchen empirisch eine nichtlineare Gesetzm ssigkeit f r die H ll kurve der Hochstfestig

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