Jody Robinson von DRS-Engineering beschäftigt sich mit der Stabilisierung von Hängen und der Planung von Stützmauern und anderen Geostrukturen in Kalifornien. Reparaturen am Ufer, die Sanierung von Wellenschlag an Pfahlwänden und die Bemessung von Rückverankerungen gehören ebenfalls zum Leistungsumfang.
Eine Erdrutschsanierung in Südkalifornien stellte eine besondere Herausforderung dar. Sie erforderte eine vorübergehende Stabilisierungslösung, um die Häuser auf der Spitze des Hügels nicht zu beeinträchtigen, wobei das seismische Risiko zu berücksichtigen war.
Um dies zu erreichen, war es notwendig:
- Begrenzung der Bewegung der aktiven Erdrutsche, die bergauf in die Hinterhöfe der Häuser eindrangen;
- Kalibrierung und Anpassung der Steifigkeit des Bodenprofils;
- Geotechnische Analysen durchzuführen, um einen Sicherheitsfaktor von mindestens 1,2 zu erreichen, unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Scherstifte zur Verstärkung des Hangs;
- Planung des Trägerbohlens und der Verankerung für den Abtransport des Rutschmaterials; und
- Überprüfung der Stabilität der Aufschüttung
Bei dieser Aufgabe waren die Limit Equilibrium-Methoden nicht in der Lage, den Sicherheitsfaktor von 1,0 angemessen zu erfüllen und ein ähnliches Verschiebungsprofil und eine ähnliche Versagensform zu erhalten. Darüber hinaus war die Berechnung der Anfangsspannung mit der K0-Methode in den Grenzgleichgewichtsanalysen um 30 % ungenau und die Kräfte in den Strukturelementen waren falsch. Als Lösung wurde eine Finite-Elemente-Analyse durchgeführt, wobei die Unterschiede zwischen den Berechnungsergebnissen und den Feldmessungen akzeptabel waren.
Eine geotechnische Lösung, die effizient und einfach zu bedienen ist
PLAXIS wurde für diese Aufgabe ausgewählt, weil es einfach und effizient in der professionellen Anwendung ist. Während die Kalibrierung der Modellsteifigkeit in PLAXIS nur 4 Stunden dauerte, hätte sie in anderer Software, die Jody ausprobiert hat, viel länger gedauert. Darüber hinaus bietet PLAXIS Funktionen, die Jody für seine Analyse benötigte, wie z. B. die Option eines aktualisierten Netzes (um die großen Verschiebungen zu berücksichtigen) und das konstitutive Modell Hardening Soil small strain (um die Steifigkeitsvariation mit der Verformung zu berücksichtigen).
Nach der Kalibrierung der Modellsteifigkeit im Vergleich zu den Feldmessungen waren eine einzelne elastoplastische Phase und dann die Sicherheitsanalyse erforderlich, um das Hangversagen zu modellieren. Die PLAXIS-Ergebnisse waren hinsichtlich des Sicherheitsfaktors und des Versagensmechanismus wesentlich zuverlässiger.
Bei diesem Projekt setzte Jody PLAXIS 2D als einziges Werkzeug ein. Die Topografie und die Untergrundschichten wurden als CAD importiert und die Bewehrungsvorschläge wurden direkt in PLAXIS 2D gezeichnet und analysiert. Zur Kalibrierung des Modells wurde eine Sickeranalyse durchgeführt, und später wurde auch die Regeninfiltration berücksichtigt. Wie bei den meisten seiner Analysen verwendete Jody den Hardening Soil small strain, da sich die Steifigkeitsparameter leicht kalibrieren lassen, einschließlich der Möglichkeit, öffentliche Daten über die Scherwellengeschwindigkeit von CPT (z. B. von USGS) zu verwenden. Die Ausnahme sind Konsolidierungs- und Verflüssigungsanalysen, bei denen Jody andere konstitutive Modelle von PLAXIS 2D verwendet, die für diese Arten von Analysen besser geeignet sind.
Die richtige Kombination aus Agilität und zuverlässigen Ergebnissen
Jody verließ sich auf PLAXIS 2D auch wegen der Möglichkeit, während der Besprechungen mit seinem Kunden schnelle Analysen durchzuführen, die 5 Minuten oder weniger dauern, und informative Ergebnisse zu liefern, die einfacher zu visualisieren und genauer sind als analytische Methoden. Jody konnte das Modell auch nach Bedarf neu kalibrieren, was seinen Arbeitsablauf flexibler machte.
Die Ergebnisse von PLAXIS waren leicht zu verstehen, und das ist wichtig, weil es dem Kunden Vertrauen verschaffte, insbesondere bei diesem Projekt, das im Zusammenhang mit einem Versicherungsanspruch sehr genau geprüft wurde. Die Finite-Elemente-Analyse lieferte ein qualitativ hochwertiges Engineering und eine Fülle von Ergebnissen, die mit anderen Berechnungsmethoden bei gleichem Dateninput nicht möglich gewesen wären. Ein weiterer Vorteil der PLAXIS-Analyse für den Bauherrn war die Einsparung von Material und Bauarbeiten aufgrund einer genaueren Schätzung der Kräfte in den Strukturelementen, insbesondere weil die Seismizität berücksichtigt werden musste. Dies gilt auch, wenn CPT verfügbar ist, um die Geometrie und das mechanische Verhalten des Untergrunds zu definieren, und die Komplexität des Untergrunds Auswirkungen auf die Strukturelemente hat.
Laut Jody kann dieses Hangstabilisierungsproblem zu einem Rechtsfall werden, und PLAXIS war für die Bereitstellung guter Analysen und zuverlässiger Ergebnisse, die ernst genommen werden können, unerlässlich.
Englischer Original-Text von Felipe de Nadaj, 23.05.2023
