Ein einheitliches Bemessungsverfahren zur Harmonisierung von Sicherheitsnachweisen in der Geotechnik

Tafur Bances, Elias Manuel; Ziegler, Martin; Witt, Karl Josef

doi:39683

Ein einheitliches Bemessungsverfahren zur Harmonisierung von Sicherheitsnachweisen in der Geotechnik = A standardised design method to harmonised safety design approaches in geotechnics

Tafur Bances, Elias Manuel^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Elias Manuel Tafur Bances

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (XXXII, 311 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Ziegler, Martin (Thesis advisor)^RWTH* ; Witt, Karl Josef (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-05-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-09812
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/803640/files/803640.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen und Institut für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau (314310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bemessungsverfahren (frei) ; Harmonisierung (frei) ; Teilsicherheitsbeiwert (frei) ; Zuverlässigkeitsberechnung (frei) ; repräsentativer Wert (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Für die geotechnische Bemessung in Europa sind nach EN 1997 unterschiedliche Nachweisverfahren erlaubt, die sich in der Faktorisierung der Parameter mit Teilsicherheitsbeiwerten unterscheiden. Zudem werden in EN 1997 Empfehlungen über die Teilsicherheitsbeiwerte sowie Berechnungsmodelle für geotechnische Einwirkungen und Baugrundwiderstände angegeben, die keinen normativen Charakter besitzen. Ein Verfahren zur Festlegung repräsentativer Werte der geotechnischen Kenngrößen ist ebenfalls nicht eindeutig genormt. Jedes Land in Europa darf daher das zu verwendende Nachweisverfahren mit den entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerten national festlegen sowie bestimmen, welche Berechnungsmodelle und welches Verfahren zur Ermittlung repräsentativer Werte der geotechnischen Kenngrößen zu verwenden sind. Dies führt europaweit zu unterschiedlichen Sicherheitsniveaus bei der geotechnischen Bemessung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung einer Empfehlung für die geotechnische Bemessung, die ein harmonisiertes Nachweisverfahren mit entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerten, die zu verwendenden Berechnungsmodelle für geotechnische Einwirkungen und Baugrundwiderstände und ein Modell zur Ermittlung von repräsentativen geotechnischen Kenngrößen beinhaltet. Nach einer Analyse der Einflussfaktoren auf die geotechnische Bemessung wird ein Nachweisverfahren vorgeschlagen, welches für die Einwirkungen, die Beanspruchungen, die Baugrundwiderstände und die geotechnischen Kenngrößen jeweils einen Teilsicherheitsbeiwert vorsieht. Für die Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte und die Erarbeitung eines Modells zur Ermittlung der Werte repräsentativer geotechnischen Kenngrößen werden die in der geotechnischen Bemessung auftretenden Unsicherheiten bei der Parameterfestlegung sowie die Unsicherheit der Berechnungsmodelle untersucht. Dabei wird auf ihre Modellierung mit stochastischen Parametern wie dem Mittelwert und dem Variationskoeffizienten eingegangen. Das erarbeitete Modell zur Ermittlung der repräsentativen Werte geotechnischer Kenngrößen basiert auf einem statistischen Modell. Dabei werden die Unsicherheiten über den Variationskoeffizienten berücksichtigt. Zur Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte werden Zuverlässigkeitsberechnungen für übliche geotechnische Bauwerke mit unterschiedlichen Randbedingungen und Grenzzustände durchgeführt. Neben den resultierenden Teilsicherheitsbeiwerten wird als Ergebnis eine Mindestanzahl an Versuchswerten für die Bestimmung der repräsentativen Werte geotechnischer Kenngrößen ermittelt. Anschließend werden die Anwendbarkeit und Akzeptanz der erarbeiteten Empfehlung für die geotechnische Bemessung in Europa im Rahmen von Anwendungsbeispielen vorgestellt. Im Vergleich mit den Bemessungen europäischer Kollegen und Experten zeigt sich, dass mit der hier erarbeiteten Empfehlung ein Sicherheitsniveau im mittleren Bereich der europäischen Bemessungsergebnisse erzielt werden kann.

In Europe, geotechnical designs are permissible according to EN 1997 using different design approaches that differ in the factorization of parameters with partial safety factors. EN 1997 further indicates non-normative recommendations on the partial safety factors as well as calculating models for geotechnical actions and ground resistances. Neither is there a standardized integral procedure to determine representative values of geotechnical parameters. Every country in Europe can thus determine the design approach nationally with its corresponding partial safety factors as well as the calculation models and procedures to determine representative values of geotechnical parameters. This leads to different levels of safety with regard to geotechnical design within Europe. The aim of this work is the formulation of a recommendation for geotechnical design, that consists of a harmonized design approach with corresponding partial safety factors, the calculation models for geotechnical actions und ground resistances as well as a model to determine representative geotechnical parameters. Following an analysis of impact factors on geotechnical design, this study will suggest a design approach indicating one partial safety factor each for the actions, the actions effects, the ground resistances and the geotechnical parameters. In order to determine the partial safety factors and to formulate a model to select representative values for geotechnical parameters, the uncertainties in the selection of parameters occurring in geotechnical design as well as the uncertainty of the calculation models are examined. By doing so, this work will further enlarge upon their modelling with stochastic parameters such as the mean values and the coefficient of variation. The formulated model to select representative values for geotechnical parameters is based on a statistic model and takes into account the uncertainties by means of the coefficient of variation. In the determination of partial safety factors, reliability calculations for typical geotechnical applications are carried out with different boundary conditions and limit states. Additionally, to the resulting partial safety factors, a minimum number of samples for the determination of representative values for geotechnical parameters will be presented as an outcome of this work. Finally, the applicability and acceptance of the formulated recommendation for geotechnical design in Europe will be presented with the help of worked examples. The comparison with the designs of European colleagues and experts applied to selected geotechnical applications shows that the newly formulated recommendation can yield to an average safety level of design results.

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