Die statische Berechnung als Bindeglied zwischen Ingenieurgeologie und Felsbaupraxis

Zusammenfassung

Die statische Berechnung als Bindeglied zwischen Ingenieurgeologie und Felsbaupraxis. Die statische Berechnung eines Felshohlraumes ist nur eines von mehreren Hilfsmitteln zur Dimensionierung, nicht aber ein zentrales Entscheidungsinstrument mit Anspruch auf alleinige Wahrheit. Die richtig verstandene Statik berücksichtigt die Angaben des Baugeologen auch dann, wenn diese nicht unmittelbar zahlenmäßig greifbar sind. Sie macht die gewählten Abmessungen der Sicherung und Auskleidung plausibel und diskutierbar und weist den Praktiker auf kritische Bauzustände hin.

Die im vergangenen Jahrzehnt entwickelten aufwendigen Berechnungsverfahren, z. B. die Finite-Element-Methode, bieten hervorragende Möglichkeiten zur modellähnlichen Simulation des Gebirgsverhaltens beim Felshohlraumbau. Als Handwerkzeug felsmechanischer Grundlagenforschung sind solche Verfahren gut geeignet, ebenso zum Nachrechnen von bestehenden Felsbauwerken unter Kenntnis aller erforderlichen Rechenparameter und des durch Messung beobachteten Gebirgsverhaltens. Dagegen stehen Beispiele, in denen ohne Hinzuziehung anderer Entscheidungskriterien ein Felshohlraum rein rechnerisch im voraus richtig dimensioniert wurde, noch aus.

Anhand von Beispielen wird die Rolle der statischen Berechnung beim Felshohlraumbau untersucht. Auch einfache Berechnungsverfahren können zu guten Resultaten führen, wenn die Festlegung der Annahmen und die Diskussion der Ergebnisse gemeinsam von Baugeologen, Statikern und Praktikern vorgenommen wird. Der neuerdings immer lauter vertretenen Forderung nach einer allein auf FE-Berechnungen basierenden Dimensionierung wird mit Nachdruck entgegengetreten. Es wird gezeigt, wie Anspruch und Wirklichkeit bei diesem Entwurfskonzept auseinanderklaffen. Der mitunter bedingungslose Glaube an Computerausdrucke darf weder zu einer Verschleierung der Verantwortlichkeiten noch zu einer Monopolstellung der Statiker bei gleichzeitiger Degradierung der Baugeologen und Praktiker im Planungs- und Bauablauf eines Felshohlraumes führen.

Summary

The Static Calculation as Connecting Link Between Engineering Geology and Rock Construction Practice. The statical calculation of underground openings in rock is only one of several aids for the design, but not a central instrument of decision with the pretension to exclusive truth. A statics understood in the right sense takes into account the statements by the engineering geologist even if these are not given numerically. Such a statics makes plausible and also discussable the chosen dimensions and draws the attention of practical site engineers to critical states to be expected during construction.

Highly developed methods of calculation, for example the finite-element-method, offer outstanding possibilities to simulate the behaviour of rock under the influence of tunnelling works. These methods are well appropriate as a means of basic research in rock mechanics as well as for recalculation of existing underground openings, if all required input data and also the actual results are known. However, there are no underground openings known till now which have been correctly designed in advance exclusively by means of computer calculations, that is without using any other criteria.

On the basis of practical examples the part of the statical calculation within the process of design and construction of underground openings is checked. Even simple methods of calculation can give good results, if the determination of the input data and the discussion of the results is done as a joint work of specialists of engineering geology, statics and site practice. The author objects with emphasis the demand for a design only based on finite-element-analyses, as it is put in by some people again and again. There is shown the gap between theory and reality in this “new design concept”. The implicit faith in computer outputs neither must lead to a veiling of responsibilities, nor to a monopoly of static calculation men, what would mean at the same time a degradation of engineering geologists and site engineers.

Résumé

Le calcul statique: lien entre la géologie de l’ingénieur et la pratique sur le chantier. Le calcul statique d’une ouverture rocheuse est un moyen parmi d’autres pour dimensionner, mais il n’est pas un instrument de décision de premier ordre pouvant seul incarner la vérité. Le calcul statique bien conçu tient encore compte des indications du géologue pratique même lorsque celles-ci n’ont pas un caractère quantitatif évident. Il explique plutôt d’un part les dimensions choisies pour le soutènement et le revêtement, ces indications restant discutables, et d’autre part il indique au praticien les phases critiques de l’exécution.

Les procédés de calcul élaborés au cours de la dernière décennie, par exemple la méthode des éléments finis, constituent des procédés excellents pour simuler le comportement du massif rocheux au cours de l’exécution. Ces procédés peuvent servir d’un côte comme outil dans la recherche en mécanique des roches, d’un autre côté pour recalculer des ouvrages existants lorsque l’on connaît tous les paramètres numériques nécessaires et les propriétés rocheuses déduites de mesures in-situ. Par contre, il n’existe pas encore pour le moment d’exemple, où une ouverture rocheuse aurait été dimensionnée correctement et auparavant sans faire appel à d’autres critères.

Le rôle des calculs statiques dans la construction d’ouvertures souterraines est examiné à l’aide d’exemples. Les procédés simples peuvent également livrer de bons résultats, dans le cas ou la détermination des hypothèses et la discussion des résultats sont le fruit de la coopération entre le géologue pratique, l’ingénieur en statique et le praticien. La revendication énoncée récemment avec de plus en plus de poids et selon laquelle seule une conception réalisée à l’aide de calculs FEM peut conduire à un résultat satisfaisant, est repoussée avec vigueur. On démontre comment les hypothèses peuvent s’écarter de la réalité dans cette conception de l’étude de l’ouvrage. La croyance inconditionnelle vis-à-vis des résultats obtenus sur ordinateurs aboutirait à une dissimulation des responsabilités, et à une position monopoliste de l’ingénieur en statique; il en découlerait une dégradation simultanée du géologue pratique et du praticien dans l’étude et l’exécution d’une cavité rocheuse.