Baufakultät, Universität Innsbruck
Technikerstraße 13 , A-6020 Innsbruck, Austria
Tel: +43/512/507-6671, Fax: +43/512/507-2996
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Arbeitsbereich für Geotechnik und Tunnelbau Baufakultät, Universität Innsbruck Technikerstraße 13 , A-6020 Innsbruck, Austria Tel: +43/512/507-6671, Fax: +43/512/507-2996 Email: Geotechnik@uibk.ac.at |
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Hydraulischer Grundbruch |
Ein hydraulischer Grundbruch tritt ein, wenn eine nach oben gerichtete Grundwasserströmung die Scherfestigkeit des Bodens verschwinden lässt. Dieses Problem kann zum Beispiel an der Luftseite einer Spundwand in einer Baugrube mit offener Grundwasserhaltung auftreten. Wegen der verschwindenden Festigkeit des Materials wird der Spundwand das Erdauflager genommen. Wenn sich Kanäle bilden, steigt die Durchlässigkeit schlagartig an, wodurch die Gefahr einer Flutung besteht.
Meistens wird der hydraulische Grundbruch dadurch
erklärt, dass eine nach oben auf die Körner wirkende
Strömungskraft die Gewichtskraft der Körner unter Auftrieb 
überschreitet, und somit das Korngerüst seinen Zusammenhalt verliert.
Die volumenbezogene Strömugskraft ist 
, wobei i der
hydraulische Gradient der aufsteigenden Strömung ist, und 
die
Wichte des Wassers ist. Wird der vertikal nach oben wirkende Anteil der
Strömungskraft gleich der Wichte unter Auftrieb
,
verschwinden die effektiven Spannungen, und das Korngerüst eines kohäsionlosen Bodens kann keine Belastung mehr aufnehmen. Man sagt, dass sich der Boden verflüssigt. Kohäsionsloser Boden verflüssigt demnach bei einem vertikal nach oben gerichteten kritischen Gradienten
.
ist damit der Gradient, bei dem gerade ein
Gleichgewicht zwischen Strömungskraft und Gewichtskraft der
Körner unter Auftrieb herrscht.
Da die meisten Berechnungsverfahren (Davidenkoff, Terzaghi, Terzaghi/Peck, Tanaka) zur Ermittlung der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch basieren auf dem kritischen Gradienten.
Im untenstehenden Bild wird ein typischer Versuchsablauf in
einem dicht gelagertem Sand (
zu 
) gezeigt, wobei 
die Filtergeschwindigkeit
ist. Es können 3 Phasen unterschieden werden:
Phase 1: Microkanäle mit einem Durchmesser
von ca. 1 mm werden sichtbar
Phase 2: Größere Kanäle (Durchmesser bis 4 mm)
entwickeln sich und feinste Teile werden aus dem Boden ausgeschwemmt.
Phase 3: Das Phänomen kurz vor dem Durchbruch ist
gekennzeichnet durch ausgewaschene Luftblasen und vulkanartig ausbrechende
Kanäle.
Laborversuch 'Hydraulischer Grundbruch' Dauer: 25
sec
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