Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik E-Book
79,99 €
Mehr erfahren.
- Herausgeber: Wiley-VCH
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
Messtechnische Überwachungen von Bauprojekten haben in den letzten Jahren hinsichtlich Methoden und Techniken eine intensive Weiterentwicklung durchlaufen. Die Geomesstechnik, als interdisziplinäres Zusammenwirken von Geotechnik und Ingenieurgeodäsie, trägt in zunehmendem Maß zur Lösung geotechnischer Fragestellungen mithilfe messtechnischer Methoden bei. In der Baupraxis sind geotechnische und geodätische Überwachungsmessverfahren in vielfacher Weise zusammengewachsen und auch die normativen Regelungen, zum Beispiel zur Beobachtungsmethode und dem Qualitätsmanagement, haben zur wachsenden Bedeutung der Geomesstechnik beigetragen. Den Grundüberlegungen zur Geomesstechnik und zur Zielsetzung geotechnischer Messungen entsprechend folgt der Aufbau dieser Empfehlungen dem strukturiert sinnvollen Vorgehen des Planungsprozesses bei einer projektspezifischen Messaufgabe: Ausgehend von Überlegungen zu den zu erfassenden Messgrößen und den zur Erfassung dieser Messgrößen einzusetzenden Messsystemen und -verfahren werden das Datenmanagement, also Aspekte der Datenerfassung, -übertragung und -sicherung sowie die Datenauswertung, also der Prozess der Datenaufbereitung, -analyse und Visualisierung behandelt. Die grundsätzlichen bzw. anwendungsspezifischen Empfehlungen zur Erstellung von Messprogrammen werden durch Fallbeispiele, die best practice-Anwendungen zeigen, verdeutlicht. Auch Aspekte der Qualitätssicherung sowie vertragliche Rahmenbedingungen werden angesprochen. In der Summe bekommt damit der Anwender einen Leitfaden an die Hand, der alle wesentlichen Aspekte der Geomesstechnik nach dem Stand der Technik im Detail behandelt.
Sie lesen das E-Book in den Legimi-Apps auf:
Seitenzahl: 585
Veröffentlichungsjahr: 2021
Ähnliche
Inhaltsverzeichnis
Cover
Titelseite
Impressum
Widmung
Vorwort der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V.
Vorwort des DVW Arbeitskreises 4 „Ingenieurgeodäsie“
Vorwort der Obfrau/des Obmanns des Arbeitskreises
Mitglieder des Arbeitskreises
Benutzerhinweise
Einführung
Abkürzungsverzeichnis
Verwendete Größen und ihre Formelzeichen
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Geomesstechnik
1.1 Ziele der Geomesstechnik
1.2 Sensibilität, Transparenz, Akzeptanz
1.3 Normative Regelung
1.4 Ganzheitliche Entwicklung und Umsetzung von Messprojekten
1.5 Risikomanagement
Literatur
2 Zielsetzung geotechnischer Messungen
2.1 Grundsätzliches
2.2 Erkundungsphase
2.3 Beobachtungsmethode
2.4 Beweissicherung
2.5 Qualitätssicherung für Baumaßnahmen
2.6 Steuerung von Bauprozessen
2.7 Beobachtung des Betriebszustandes von Bauwerken
2.8 Beobachtung des Stilllegungs- und Nachbetriebszustandes
2.9 Beobachtung naturbedingter Gefährdungen und Frühwarnung
Literatur
3 Messgrößen
3.1 Allgemeines
3.2 Bezugssysteme (Raumbezug)
3.3 Geometrie
3.4 Mechanik
3.5 Geophysikalische Messgrößen
3.6 Umwelt
3.7 Volumenströme
Literatur
4 Messsysteme und -verfahren
4.1 Begriffe und Methoden
4.2 Messprinzipien
4.3 Messsysteme
4.4 Kalibrierung von Messsystemen
4.5 Langzeitstabilität von Messsystemen
4.6 Qualitätsbewertungen der Messungen und der direkt daraus abgeleiteten Ergebnisse
Literatur
5 Grundsätze bei der Erstellung von Messprogrammen
5.1 Bestandteile des Messprogramms
5.2 Definition der allgemeinen Projektbedingungen und Messziele
5.3 Herausarbeiten der geotechnisch relevanten Fragestellungen
5.4 Messgrößen
5.5 Messkonzept
5.6 Auswertekonzept
5.7 Erwartungsgemäßes Verhalten und Reaktionsstufen
Literatur
6 Entwurf von Messprogrammen
6.1 Auffüllungen und Schüttungen
6.2 Baugruben
6.3 Gründungen und Baugrundverbesserungen
6.4 Hänge und Böschungen
6.5 Talsperren, Dämme und Deiche
6.6 Tunnel
6.7 Untertägiger Hohlraumbau
6.8 Kaimauern und Kajen
6.9 Offshorebauwerke
Literatur
7 Datenmanagement
7.1 Gliederung in verschiedene Funktionsebenen
7.2 Datenerfassung
7.3 Datenübertragung
7.4 Datensicherung und -archivierung
Literatur
8 Datenauswertung: Datenaufbereitung, Datenanalyse und Visualisierung
8.1 Datenaufbereitung
8.2 Auswertung von kontinuierlichen Messungen
8.3 Visualisierung
Literatur
9 Qualitätssicherung und vertragliche Rahmenbedingungen
9.1 Planung messtechnischer Leistungen
9.2 Ausschreibung und Vergabe von Ausrüstungs-, Mess- und Auswerteleistungen
Literatur
Anhang A Kurzbiografien der derzeitigen Mitglieder des Arbeitskreises
Literatur
Stichwortverzeichnis
End User License Agreement
Tabellenverzeichnis
Chapter 1
Tab. 1.1 Prozessschritte beim Georisikomanagement (je Projektphase).
Chapter 4
Tab. 4.1 Auswahl von SAR-Satelliten (C-Band und X-Band).
Tab. 4.2 Größenordnung der Messunsicherheiten fotogrammetrischer Punktbestimmung...
Tab. 4.3 Kennwerte und Merkmale für ausgewählte Sondenextensometer (Gattermann u...
Tab. 4.4 Technische Daten elektrischer Ankerkraft- und Kraftmessdosen.
Tab. 4.5 Kompensation des gemessenen Drucks
p
hinsichtlich des Atmosphärendrucks...
Tab. 4.6 Beispiele für Kalibrierangaben.
Tab. 4.7 Erweiterungsfaktor
k
in Abhängigkeit von der Überdeckungswahrscheinlich...
Tab. 4.8 Vermessungstoleranzen, berechnet nach der arithmetischen und der statis...
Chapter 6
Tab. 6.1 Typische Messgrößen.
Tab. 6.2 Häufig eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.3 Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.4 Übersicht der zu messenden Parameter bei Baugruben.
Tab. 6.5 Typische Messgrößen.
Tab. 6.6 Häufig genutzte Messverfahren.
Tab. 6.7 Einschnittsböschung: Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.8 Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.9 Typische Messgrößen an Dämmen und Staumauern.
Tab. 6.10 Häufig an Talsperren und Dämmen eingesetzte Messverfahren (unabhängig ...
Tab. 6.11 Zusätzlich an Dämmen eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.12 Zusätzlich an Staumauern eingesetzte Messverfahren.
Tab. 6.13 Empfohlene Messpunktanzahl an Staumauern.
Tab. 6.14 Empfohlene Messpunktanzahl an Staudämmen.
Tab. 6.15 Übersicht über das Messprogramm der Hauptsperre des PSW Goldisthal.
Tab. 6.16 Typische Messgrößen.
Tab. 6.17 Häufig genutzte Messverfahren.
Tab. 6.18 Typische Messgrößen.
Tab. 6.19 Häufig genutzte Messverfahren und -systeme.
Tab. 6.20 Typische Messgrößen im Grubengebäude.
Tab. 6.21 Messprogramm zur Beobachtung des Gebirgsverhaltens.
Tab. 6.22 Übersicht der zu messenden Parameter einer Kaianlage während des Baus.
Tab. 6.23 Übersicht der zu messenden Parameter einer Kaianlage während der Betri...
Tab. 6.24 Zu erfassende Messgrößen und die zugehörige Sensorik einer Kaimauer.
Tab. 6.25 Messprogramm und eingesetzte Messsysteme am JadeWeserPort.
Tab. 6.26 Typische Messgrößen bei Offshorebauwerken.
Tab. 6.27 Häufig genutzte Messverfahren bei Offshorebauwerken.
Tab. 6.28 Messprogramm und eingesetzte Messsysteme bei der Forschungsplattform F...
Chapter 7
Tab. 7.1 Musterinhalte des Messprotokolls.
Tab. 7.2 Musterinhalte/-angaben für einen messtechnischen Bericht.
Tab. 7.3 Maximale Übertragungslängen in Abhängigkeit der Sensorart und der Senso...
Tab. 7.4 Maximale Übertragungsreichweiten digitaler Übertragungssysteme.
Abbildungsverzeichnis
Chapter 1
Abb. 1.1 Struktur der grundlegenden geotechnischen Euronorm DIN EN 1997 im Zusam...
Abb. 1.2 Inhalt und Ablauf eines Geomonitoringprojekts (in Anlehnung an DIN EN I...
Abb. 1.3 Prozess des Risikomanagements (nach DIN ISO 31000:2018-10).
Chapter 3
Abb. 3.1 Natürliches Bezugssystem.
Abb. 3.2 Niveaufläche, Geoid, Quasigeoid, Lotlinie, Ellipsoid.
Abb. 3.3 Ellipsoidisches Bezugssystem.
Abb. 3.4 Definition eines lokalen Bezugssystems.
Abb. 3.5 Bezeichnungen im Zusammenhang mit Porenwasserdruck a) Grundbegriffe Dru...
Chapter 4
Abb. 4.1 Beziehung zwischen Messgröße und Messwert in einer Messkette (nach DIN ...
Abb. 4.2 (a–d) Bauarten induktiver Wegaufnehmer, (e) Messprinzip Differenzialdro...
Abb. 4.3 Bauarten kapazitiver Wegaufnehmer nach Schlemmer (1996).
Abb. 4.4 Abtastsystem eines inkrementellen Wegaufnehmers (nach Fischer 1990).
Abb. 4.5 Messprinzip eines Schwingsaitenaufnehmers (GLÖTZL 2020).
Abb. 4.6 Prinzip eines Triangulationssensors.
Abb. 4.7 Licht-Schatten-Verfahren.
Abb. 4.8 Prinzipieller Aufbau eines Michelson-Interferometers.
Abb. 4.9 Prinzip des Laufzeitverfahrens.
Abb. 4.10 Prinzip des Phasenvergleichsverfahrens.
Abb. 4.11 Prinzip einer offenen Druckschlauchwaage (nach Meier und Ingensand 199...
Abb. 4.12 Prinzip der Neigungsmessung mit einem Pendel.
Abb. 4.13 Prinzip kapazitiver Neigungssensoren der Firma Wyler (nach Hinnen et a...
Abb. 4.14 Prinzip der Neigungsmessung mit Flüssigkeitshorizont.
Abb. 4.15 Prinzip der Positionsbestimmung mit GNSS.
Abb. 4.16 (a) Messprinzip eines Geofons und (b) eines piezoelektrischen Beschleu...
Abb. 4.17 Prinzipskizze eines einachsigen Dehnungsmessstreifens.
Abb. 4.18 Prinzipskizze eines Faser-Bragg-Gitter-Sensors.
Abb. 4.19 Bauarten von Verformungskörper (nach Hottinger et al. 1992, S. 631ff).
Abb. 4.20 Prinzip einer Brückenschaltung.
Abb. 4.21 Spannungsmessung nach dem Kompensationsmessprinzip (GLÖTZL GmbH, Rhein...
Abb. 4.22 Prinzip eines Thermoelements.
Abb. 4.23 Prinzip eines Infrarotthermometers.
Abb. 4.24 Rückstreuspektrum einer dotierten Faser.
Abb. 4.25 (a) Automatisiertes Tachymeter und (b) am Bauwerk montiertes Prisma.
Abb. 4.26 (a) GNSS-Sensor zur Überwachung und (b) lokale GNSS-Referenzstation.
Abb. 4.27 Terrestrisches Laserscanning: Verfahren.
Abb. 4.28 Grundlagen der Radarinterferometrie.
Abb. 4.29 Darstellung einer sonnensynchronen Umlaufbahn.
Abb. 4.30 Prinzip der Mehrbildfotogrammetrie.
Abb. 4.31 Prinzip des geometrischen Nivellements.
Abb. 4.32 Funktionsaufbau einer mobilen, geschlossenen Druckschlauchwaage (GLÖTZ...
Abb. 4.33 Funktionsprinzip einer offenen stationären Druckschlauchwaage (GLÖTZL ...
Abb. 4.34 Messsystem einer Überlaufschlauchwaage (GLÖTZL 2019f).
Abb. 4.35 Funktionsprinzip 3-D-Fissurometer (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
Abb. 4.36 (a) Prinzip des Schwimmlotes und (b) Prinzip des Schwimmlotes mit selb...
Abb. 4.37 Wippenführung der mobilen Inklinometersonde im Messrohr mit Nuten (GLÖ...
Abb. 4.38 Neigungssystem Zeromatic der Firma Wyler.
Abb. 4.39 Prinzipieller Aufbau zur Bestimmung von Abstandsänderungen durch Weißl...
Abb. 4.40 Erschütterungsmessgerät SUMIT M VIPA mit abgesetztem 3-D-Sensor (recht...
Abb. 4.41 Ankerkraft- und Kraftmessdose nach dem Prinzip Schwingsaite der Firma ...
Abb. 4.42 Hydraulisch/elektrische Ankerkraftmessgeber GLÖTZL, Modell KK mit Kenn...
Abb. 4.43 Kopfausbildung eines Litzenankers mit Ankerkraftmessgeber (GLÖTZL GmbH...
Abb. 4.44 Hydraulische Pfahlfußdose für Ortbetonpfähle am Bewehrungskorb montier...
Abb. 4.45 Im Bewehrungskorb eingebaute Osterbergzelle mit Wegaufnehmern (Sychla ...
Abb. 4.46 Aufbau mechanischer Messanker gemäß Interfels MA (Müller und Habenicht...
Abb. 4.47 Spannungsdruckgeber mit Nachspannrohr und Befestigungsösen, Messprinzi...
Abb. 4.48 Beispiel einer Spannungsmonitorstation: (Mont Terri-Projekt MB-A Exper...
Abb. 4.49 Verteilung der Druckspannungen im Bereich eingebauter Spannungsmessdos...
Abb. 4.50 Einbau von Betonspannungs- und Radialspannungsgebern im Tunnelbau mit ...
Abb. 4.51 Beispiel: Messung von Kontakt (Tangential)-Spannungen an den Grenzfläc...
Abb. 4.52 (a) Einbaubeispiel eines piezoresistiven Sohldruckgebers in der Ausspa...
Abb. 4.53 Erddruckmessungen in der Gründungssohle eines Dammes, SGP-Bauweise (Pr...
Abb. 4.54 Einpressgeber für Erddruck Typ PE/P (GLÖTZL 2019b).
Abb. 4.55 Temperaturverlauf entlang einer Glasfaser an ausgewählten Messzeitpunk...
Abb. 4.56 (a) Prinzip der Refraktionsseismik und (b) daraus ermittelter Schichtv...
Abb. 4.57 (a) Geoelektrische Auslage zur Detektion von Hohlräumen und (b) hiermi...
Abb. 4.58 Ergebnis einer Elektromagnetik zur Detektion alter Fundamente (DMT Gmb...
Abb. 4.59 (a) Georadarmessungen und (b) Auswertung der Reflexionen (DMT GmbH & C...
Abb. 4.60 (a) Gravimetrische Messungen zur Ermittlung von (b) Dichteunterschiede...
Abb. 4.61 (a) Magnetikmessungen und (b) flächenhafte Verteilung des Erdmagnetfel...
Abb. 4.62 Überwachung einer Sanierungsmaßnahme (a) vor und (b) nach dem Einpress...
Abb. 4.63 Verdeutlichung der Begriffe Richtigkeit, Präzision und Auflösung an ei...
Abb. 4.64 Unterschiedliche Qualitätsstufen der Präzision und der Richtigkeit (na...
Abb. 4.65 Betrag der Korrelationen (nach Wolf 1965, S. 114).
Abb. 4.66 Berechnung von Wahrscheinlichkeiten aus Dichtefunktionen.
Abb. 4.67 Dichtefunktionen der Normalverteilung.
Abb. 4.68 Dichtefunktionsverläufe der Student-Verteilung.
Abb. 4.69 Rechteckverteilung.
Abb. 4.70 Ishikawa-Diagramm für ein Tachymeter (nach Hennes 2007).
Abb. 4.71 Ishikawa-Diagramm für einen Wasserdrucksensor.
Abb. 4.72 Vertrauensintervalle für unterschiedliche Erweiterungsfaktoren.
Abb. 4.73 Aufbau des Grundwasserpegels mit den Einzelgrößen der Messung (GLÖTZL ...
Abb. 4.74 Toleranzbegriffe (nach DIN18202:2019-07).
Abb. 4.75 Prüfung auf Toleranzüberschreitung.
Chapter 5
Abb. 5.1 Beispiel für Schwellen-, Eingreif- und Alarmwert bei kontinuierlichen M...
Chapter 6
Abb. 6.1 Instrumentierung in Aufschüttungen (z. B. Dammschüttung auf weichem Unt...
Abb. 6.2 Instrumentierung in Auffüllungen (Deponie).
Abb. 6.3 Bodenprofil im Bereich der Ausbaustrecke BAB A26, Stade–Hamburg, östlic...
Abb. 6.4 Gründungsbereich der Anrampungen mit geotextilummantelten Sandsäulen un...
Abb. 6.5 Anordnung der Messtechnik zwischen und auf den Säulen der geotextilumma...
Abb. 6.6 Ausgesteifte Baugrube (obere Lage) mit dahinterliegenden denkmalgeschüt...
Abb. 6.7 (a) Schnitt durch die Baugrubenwand und (b) Draufsicht (Gattermann et a...
Abb. 6.8 Ergebnisse der Inklinometermessungen Messstelle 02, „Breite Straße“ (Ga...
Abb. 6.9 Beispielhafte Anordnung von Messgebern zur messtechnischen Überwachung ...
Abb. 6.10 Messprogramm Stock Yard im Grundriss (Moormann et al. 2010).
Abb. 6.11 Messprogramm Stock Yard in Querschnitten (Moormann et al. 2010).
Abb. 6.12 Offene Druckschlauchwaage zur händischen Messung von Setzungsmulden un...
Abb. 6.13 Beispielhafte Messergebnisse des Kohlelagers (Moormann et al. 2010).
Abb. 6.14 Einschnittsböschung: zeitliche Entwicklung der Böschungsneigung.
Abb. 6.15 Einschnittsböschung: Schnitt und Grundriss.
Abb. 6.16 Massenbewegung Gradenbach, Blick auf den Rutschhang von der Referenzst...
Abb. 6.17 Massenbewegung Gradenbach, Überblick über die Instrumentierung.
Abb. 6.18 Anordnung der Messstellen an Staumauern (Beispiel).
Abb. 6.19 Anordnung der Messstellen an Staudämmen (Beispiel).
Abb. 6.20 PSW Goldisthal, Blick auf den Damm der Hauptsperre (Unterbecken).
Abb. 6.21 Instrumentierung der Hauptsperre des PSW Goldisthal.
Abb. 6.22 Exemplarischer untertägiger Messquerschnitt.
Abb. 6.23 Exemplarische Verformungsmessungen vorab der Ortsbrust in Tunnellängsr...
Abb. 6.24 Exemplarischer obertägiger Messquerschnitt.
Abb. 6.25 Anordnung von Konvergenzmessstrecken.
Abb. 6.26 Beobachtung von Trennflächen.
Abb. 6.27 Kombination von Extensometer- mit Konvergenzmessungen.
Abb. 6.28 Exemplarische Anordnung von Druckkissen in einer Ausbauschale.
Abb. 6.29 Teilschnittmaschine für die Streckenauffahrung im Mont Terri Rock Labo...
Abb. 6.30 Instrumentierung im Gebirge.
Abb. 6.31 Querschnitt Burchardkai 2, Liegeplatz (HPA Hamburg Port Authority 2008...
Abb. 6.32 Regelquerschnitt der Kajenkonstruktion des JadeWeserPort mit geotechni...
Abb. 6.33 Offshoregründungsstrukturen.
Abb. 6.34 (a) Geklebter mechanischer Schutz von Lichtwellenleitern im Inneren ei...
Abb. 6.35 Stahlplatte mit vorgesehener Messtechnik vor dem Einbau (Gattermann et...
Abb. 6.36 Installierte Sensorik am Monopile FINO3 (Gattermann et al. 2009).
Chapter 7
Abb. 7.1 Analoge und digitale Übertragungswege zwischen Sensor- und Datenerfassu...
Chapter 8
Abb. 8.1 Bereinigung von Messwerten.
Abb. 8.2 Darstellung der Messwerte über der Zeit (Niemeier 2008).
Abb. 8.3 Komponentenmodell für eine Zeitreihe (Kneip 2010).
Abb. 8.4 Aliasing-Effekt bei sinusförmigen/saisonalen Veränderungen (Heunecke et...
Abb. 8.5 Datenlücken in den aufgezeichneten Messwerten einer Zeitreihe.
Abb. 8.6 Autokovarianzfunktion für die Zeitreihe aus Abb. 8.2 (Niemeier 2008).
Abb. 8.7 Überwachungsmessung an der Fallersleber-Tor-Brücke in Braunschweig. Zei...
Abb. 8.8 Gleitende Durchschnittswerte der Ordnung drei bei einer Zeitreihe (aus ...
Abb. 8.9 Trendfunktion für eine Zeitreihe mit periodischem Signal (Holzmann 2002...
Abb. 8.10 Verschiebung der Zeitreihen um den Mittelwert (Offsettranslation) und ...
Abb. 8.11 Vorverarbeitungsschritte für die Verarbeitung von zwei Zeitreihen (Kri...
Abb. 8.12 Längenänderung eines Stahlträgers über 30 Tage (Heunecke et al. 2013).
Abb. 8.13 Simultane Messung der Umgebungstemperatur (Heunecke et al. 2013).
Abb. 8.14 Empirische Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Länge eines Stahlträ...
Abb. 8.15 Veranschaulichung der Approximation einer Treppenfunktion durch eine F...
Abb. 8.16 Übergang (a) vom Zeitbereich in (b) den Frequenzbereich.
Abb. 8.17 Übersicht über ausgewählte Messstellen bei der Erneuerung der Schleuse...
Abb. 8.18 Visualisierung der Lage der Messstellen für das Messkonzept der Überwa...
Abb. 8.19 Darstellung mehrerer Zeitreihen für Porenwasserdruckmessungen (Pohl 20...
Abb. 8.20 Darstellung der Sohlwasserpotenziale am Eidersperrwerk (Nuber et al. 2...
Abb. 8.21 Senkungsprognose für das Kavernenfeld Etzel (Eickemeier und Schäfers 2...
Abb. 8.22 Tensordarstellung der Hauptwerte der horizontalen relativen Längenände...
Leiten
Cover
Inhaltsverzeichnis
Impressum
Widmung
Vorwort der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V.
Vorwort des DVW Arbeitskreises 4 „Ingenieurgeodäsie“
Vorwort der Obfrau/des Obmanns des Arbeitskreises
Einführung
Abkürzungsverzeichnis
Verwendete Größen und ihre Formelzeichen
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Begin Reading
Anhang A Kurzbiografien der derzeitigen Mitglieder des Arbeitskreises
Literatur
Stichwortverzeichnis
End User License Agreement
Seitenliste
VII
III
IV
V
XIII
XIV
XV
XVI
XVII
XVIII
XIX
XX
XXI
XXII
XXIII
XXV
XXVI
XXVII
XXVIII
XXX
XXXI
XXXII
XXXIII
XXXIV
XXXV
XXXVI
XXXVII
XXXVIII
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
Arbeitskreis 2.10 „Geomesstechnik“ der DGGT und des DVW
Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik
Herausgeber
Arbeitskreis 2.10 „Geomesstechnik“ der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. DGGTunddes DVW–Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V.
Schriftleitung
Akad. Direktor Dr.-Ing. Jörg Gattermann
Institut für Geomechanik und Geotechnik Technische Universitär Braunschweig
Beethovenstraße 51b
30106 Braunschweig
Cover
Arbeitskreis „Geomesstechnik“ (©) Bildquelle Coverabbildungen:links oben: Ankerkraftmessungen | Benedikt Brunsrechts oben: Spannungsmessgeber im Pfahl | Jan Fischerlinks unten: Automatisiertes Tachymeter | Werner Lienhartrechts unten: Gleitmikrometermessungen | Jörg Gattermann
Alle Bücher von Ernst & Sohn werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2022 Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.
Print ISBN 978-3-433-03343-2
ePDF ISBN 978-3-433-61081-7
ePub ISBN 978-3-433-61080-0
Umschlaggestaltung Design pur GmbH, Berlin
Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Widmung
Im Oktober 2020 verstarb der englische beratende Ingenieur für geotechnische Instrumentierungen John Dunnicliff im Alter von 86 Jahren. John Dunnicliff gilt für uns alle als Wegbereiter bei der systematischen und praxistauglichen Anwendung der Geomesstechnik mit seinem im Wiley-Verlag 1988 veröffentlichten Buch Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance (auch bekannt als das Rote Buch). Zur Würdigung seiner Arbeit und immerwährenden Unterstützung im internationalen Expertenkreis widmen wir ihm diese Empfehlungen.
John Dunnicliff (links) mit Ralph Peck, dem Begründer der Beobachtungsmethode, im Jahre 2001 (Foto: H. Bock).
Vorwort der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V.
Unsere Gesellschaft erwartet im zunehmenden Maße Bauprojekte mit Transparenz und Sensibilität zu planen und durchzuführen. Objektive messtechnische Analysen sind dabei eine wesentliche Voraussetzung für die gesellschaftliche Mitwirkung und auch die Akzeptanz. Messtechnische Überwachungen von Bauprojekten haben aufgrund dieser Ansprüche in den letzten Jahren hinsichtlich Methoden und Techniken eine intensive Weiterentwicklung durchlaufen.
Die Geomesstechnik, als interdisziplinäres Zusammenwirken von Geotechnik und Ingenieurgeodäsie, trägt in zunehmendem Maß zur Lösung geotechnischer Fragestellungen mithilfe messtechnischer Methoden bei, in der Baupraxis sind daher technische und geodätische Überwachungsmessverfahren in vielfacher Weise zusammengewachsen und auch die normativen Regelungen, z. B. zur Beobachtungsmethodik und dem Qualitätsmanagement, haben die wachsende Bedeutung der Geomesstechnik verstärkt. Die Geomesstechnik beinhaltet bei all ihren Aufgabenstellungen die messtechnische Zustandserfassung und Überwachung geologischer Körper als auch von Bauwerken im Erd-, Grund-, Fels-, Berg-, Ingenieur- und Deponiebau. Ihr kommt im Rahmen eines erhöhten Umweltbewusstseins, einer verstärkten Risikovorsorge vor Naturgefahren sowie erhöhter Ansprüche an die Kontrolle und Qualitätssicherung von Bauwerken und Bauverfahren eine stetig zunehmende Bedeutung zu.
Schon 2003 wurde der Arbeitskreis „Geomesstechnik“ (AK 2.10) gemeinsam von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT) und von der Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V. (DVW) eingerichtet, um die Geomesstechnik als fachübergreifende Teildisziplin sowohl der Geotechnik als auch der Ingenieurgeodäsie hervorzuheben und die Sensibilisierung der am Bau Beteiligten zu fördern. Die Verfahren der Geomesstechnik sind bislang trotz der intensiven Entwicklungen noch nicht in einem umfassenden Dokument zusammengefasst und abgehandelt worden. Die Haupttätigkeit des Arbeitskreises richtete sich in den letzten Jahren auf die Erarbeitung eines Fachbuches Geomesstechnik als Empfehlungen für den Anwender. Das Hauptaugenmerk des Arbeitskreises 2.10 konzentrierte sich bei der Erarbeitung der nun vorliegenden Empfehlungen darauf, das gesamte Spektrum der Geomesstechnik für Anwender in der Praxis zu erfassen und zu beschreiben. Die konkreten Aufgaben und die inhaltlichen Arbeiten des Arbeitskreises Geomesstechnik orientieren sich an den Zielsetzungen:
• Inhaltliche und konzeptionelle Aufarbeitung der in den europäischen Normen enthaltenen messtechnischen Anforderungen.
• Entwicklung von Empfehlungen für die sachgerechte Auswahl und den Einbau von Sensoren und Messsystemen für die qualitätsgesicherte, fachgerechte Durchführung der Messungen und für die Messwertauswertung und -analyse.
• Entwicklung von Grundlagen für eine qualifizierte Ausschreibung, in der die Messtechnik, Messwertanalyse und -interpretation zu einer vergüteten ingenieurtechnischen Leistung werden.
• Diese Empfehlungen sollen auch geeignet sein, um Fortbildungen im Bereich der Messtechnik zu unterstützen.
Den Obleuten sowie allen Mitgliedern und Unterstützern des Arbeitskreises „Geomesstechnik“ möchte ich im Namen der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) e. V. für das nie nachlassende Engagement über all die Jahre herzlich danken und zu dem beeindruckenden Werk gratulieren. Dem Arbeitskreis ist es gelungen, eine umfassende und für die Praxis relevante Zusammenfassung des derzeitigen Standes der Technik vorzulegen, welches in der Praxis hohe Anerkennung finden wird. Allen Lesern wünsche ich bei der Nutzung der Empfehlungen viele für ihre Arbeit weiterführende Erkenntnisse und erfolgreiche Anwendungen bei ihren Bauprojekten.
Dr.-Ing. Wolfgang Sondermann
Vorstandsvorsitzender derDeutschen Gesellschaftfür Geotechnik e. V.
Vorwort des DVW Arbeitskreises 4 „Ingenieurgeodäsie“
Die Geomesstechnik ist eine messende, analysierende und auch bewertende bzw. beratende Fachdisziplin, welche sich mit der Erfassung des geometrischen und physikalischen Zustands von einer Vielzahl von natürlichen (z. B. Rutschhänge) und anthropogenen Objekten (z. B. Bauwerke des Hoch- und Tiefbaus) befasst. Ihre fundamentale Bedeutung für die erfolgreiche Realisierung von Bauprojekten wird schon allein dadurch deutlich, dass hier durch die Verknüpfung von Modellrechnungen und in situ erfassten empirischen Messdaten die reale (Ist-)Situation zu jedem Zeitpunkt des Bauprozesses mit bestmöglichen ingenieurmäßigen Methoden approximiert wird, welche dann eine seriöse Datengrundlage für Entscheidungen hinsichtlich durchzuführender bautechnischer Maßnahmen bzw. für Risikobewertungen bildet. Gerade bei der zunehmenden Verdichtung der bebauten Umwelt – Stichwort „Bauen im Bestand“ – kann eine durchdacht ausgeführte messtechnische Begleitung eine sehr verlässliche Entscheidungsgrundlage bilden. Diese Aussage lässt sich natürlich auch auf die Betriebsphase von Bauwerken erweitern.
Vom Standpunkt des Ingenieurgeodäten aus gesehen, bietet die Geomesstechnik ein hervorragendes und sehr spannendes Umfeld für die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit den Kolleginnen und Kollegen aus dem Bauwesen, da hier neben den für uns „klassischen“ geodätischen Sensoren, wie Tachymeter, Nivellier und Laserscanner, eine Vielzahl von (geotechnischen) Spezialsensoren zum Einsatz kommen, welche auch in unserer Ausbildung – zumindest z. T. – bereits Eingang gefunden haben. Die Beherrschung von unterschiedlichsten Bezugssystemen und die Fähigkeit, messtechnische Prozesse zu automatisieren und die z. T. anfallenden großen Datenmengen zu verarbeiten (Stichwort „Big Data“): Alles Kompetenzen, die das vielfältige Metier der Geomesstechnik erfordert, um seinem Multiskalenanspruch sowohl in räumlicher als auch zeitlicher Hinsicht gerecht zu werden. Variierende Messräume vom kleinen Riss im Millimeter- bis zu einer ganzen geologischen Struktur im Kilometerbereich; erforderliche Messraten im Bereich weniger tausendstel Sekunden für Vibrationen bis hin zu Monaten und Jahrzehnten bei langfristigen Setzungen. Das erfordert neben messtechnischer Kompetenz auch die Fähigkeit zur Etablierung von integrierten Analyseverfahren. Die beste Grundlage hierfür ist ein guter und möglichst alle Aspekte umfassender Leitfaden, der von den beteiligten Fachdisziplinen gemeinsam erarbeitet wurde.
Die vorliegenden „Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik“ stellen die Ergebnisse einer langjährigen und sehr konstruktiven Zusammenarbeit von Experten der DGGT (Deutschen Gesellschaft für Geotechnik) und des DVW (Gesellschaft für Geodäsie, Geodäsie und Landmanagement) vor. Man kann hier vorbildhaft erkennen, was geschieht, wenn Vertreter von benachbarten Fachdisziplinen, die in der Praxis in denselben Gewerken des Bauwesens aktiv sind, im echten interdisziplinären Dialog miteinander stehen: Es entsteht eine ganzheitliche Betrachtungsweise von Mess- und Auswerteprozessen, die allen beteiligten Akteuren bei der praktischen Planung und Umsetzung von Messprojekten zum Vorteil gereicht. Die „Empfehlungen“ stehen dabei in guter Tradition zu gemeinsamen Fortbildungsseminaren wie beispielsweise den „Interdisziplinären Messaufgaben im Bauwesen“, welche über viele Jahre sehr erfolgreich an der Bauhaus-Universität Weimar gehalten wurden.
Dem vorliegenden Leitfaden gelingt es auf vorbildliche Weise, den Bogen zwischen den Fachdisziplinen zu spannen. Er tritt nicht „abstrakt theoretisch“ auf, sondern wurde aus der praktischen Erfahrung heraus entwickelt. Trotzdem ist er nicht mit „hemdsärmeligen“ Ratschlägen gespickt, sondern stets wissenschaftlich sehr fundiert. Ich wünsche allen Leserinnen und Lesern viele spannende Momente und Erkenntnisse bei der Lektüre.
Prof. Dr.-Ing. Andreas Eichhorn
Leiter DVW Arbeitskreis 4
Vorwort der Obfrau/des Obmanns des Arbeitskreises
Der Arbeitskreis 2.10 „Geomesstechnik“ der DGGT – Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. und des DVW – Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement e. V. wurde nach einem Vortrag von Professor Helmut Bock mit dem Titel „Eine Organisation für die Geomesstechnik in Deutschland?“ bei der Fachtagung Messen in der Geotechnik 2002 in Braunschweig gegründet.
Die Zielvorstellung dieses Arbeitskreises war die Ausarbeitung von Empfehlungen für die Installation und den Einsatz von Messgeräten sowie die Auswertung der gewonnenen Ergebnisse bei geotechnischen Bauvorhaben. Es besteht eine Interdisziplinarität bei diesen Aufgabenstellungen, bei denen fächerübergreifend auf das Fachwissen der Disziplinen Geomechanik, Geodäsie und Geotechnik zurückgegriffen werden muss.
Die vorliegenden Empfehlungen stellen den neuesten Stand von Wissenschaft und Technik auf dem Gebiet der Geomesstechnik dar. Sie beruhen auf gesicherten Erkenntnissen, die einen empirischen Nachweis einschließen, d. h., es liegen für diese Empfehlungen auch praktische Anwendungen vor. Sie sind daher Bestandteil der „allgemein anerkannten Regeln der Technik“.
Für die Zusammenschrift dieser Empfehlungen und die redaktionelle Durchsicht und Korrektur danken wir dem Redaktionsteam bestehend aus den Mitgliedern Bruns, Fahland, Fritschen, Gattermann, Haberland, Hesser, Heusermann, Rosenkranz, Schulze, Schwarz und Stolz, die in intensiver Arbeit seit Herbst 2018 hierfür sehr viel Zeit investiert haben.
Der Arbeitskreis ist an kritischen und anregenden Stellungnahmen aus dem Kollegenkreis an den Obmann unter ([email protected]) sehr interessiert, um die vorliegenden Empfehlungen fortschreiben zu können.
Dr.-Ing. Sandra FahlandObfrau des Arbeitskreisesvon 2013 bis 2020
Dr.-Ing. Jörg GattermannObmann des Arbeitskreisesvon 2002 bis 2013 und seit 2020
Mitglieder des Arbeitskreises
Zum Zeitpunkt der Herausgabe der vorliegenden Veröffentlichung setzte sich der Arbeitskreis „Geomesstechnik“ wie folgt zusammen (in alphabetischer Reihenfolge):
Dr. Rolf Balthes, Leipzig
Prof. Dr.-Ing. Helmut Bock, Bad Bentheim
Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley, München
Dipl.-Ing. Benedikt Bruns, Hildesheim
1)
Dipl.-Ing. Ulrich Estermann, Essen
Dr.-Ing. Sandra Fahland, Hannover
1)
Dipl.-Ing. Wolfgang Fischle, Esslingen
Dr.-Ing. Ralf Fritschen, Essen
1)
Dr.-Ing. Jörg Gattermann, Braunschweig
1)
Dr.-Ing. Ulrich Güttler, Oer-Erkenschwick
Dipl.-Ing. Joachim Haberland, Rheinstetten
1)
Prof. Dr.-Ing. Richard A. Herrmann, Siegen
Dr.-Ing. Jürgen Hesser, Hannover
1)
Prof. Dr. Werner Lienhart, Graz
Dipl.-Ing. Frank Manthee, Peine
Prof. Dr.-Ing. Christian Moormann, Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Niemeier, Mardorf
Dipl.-Ing. Holger Rosenkranz, Weimar
1)
Dipl.-Ing. Roland Schulze, Karlsruhe
1)
Prof. Dr.-Ing. Willfried Schwarz, Weimar
1)
Dipl.-Ing. Markus Stolz, Mönchaltorf
1)
Weitere Mitglieder bzw. Mitwirkende waren (in alphabetischer Reihenfolge):
Dr.-Ing. Paul Althaus, Essen
Prof. Dr. techn. F. K. Brunner, Graz
Dr. rer. nat. Boris Dombrowski, Essen
Prof. Dr.-Ing. E. Fecker, Ettlingen
Dipl.-Ing. Carlos Fischer, Celle
Dr.-Ing. Maik Fritsch, Hamburg
Dipl.-Ing. Rainer Glötzl, Rheinstetten
Dipl.-Geol. Patrick Hartkorn, Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. O. Heunecke, Neubiberg
Prof. Dr.-Ing. Stefan Heusermann, Hannover
1)
Dr. Manfred Jakobs, Aachen
Prof. Dr.-Ing. R. Katzenbach, Darmstadt
Jürgen Kienle, Reutlingen
Dr.-Ing. Oswald Klingmüller, Mannheim
Dipl.-Ing. Henry Knitsch, Offenbach
Prof. Dr.-techn. Roman Marte, Graz
Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer, Clausthal-Zellerfeld
Dipl.-Ing. HTL Daniel Naterop, Männedorf
Prof. Axel Paul, Dessau
Prof. Harald Schlemmer, Darmstadt
Prof. Dr. techn. Stefan Semprich, Graz
Prof. Günther Stegner, Dessau
Prof. Dr. Ralf Thiele, Leipzig
Dr.-Ing. Jens Turek, Leinfelden-Echterdingen
Dipl.-Ing. E. Willand, Stuttgart
Dipl.-Ing. Hans Wollenhaupt, Wildeck
Benutzerhinweise
1. Die Empfehlungen des Arbeitskreises „Geomesstechnik“ sind Regeln der Technik. Sie sind als Ergebnis ehrenamtlicher technisch-wissenschaftlicher Gemeinschaftsarbeit aufgrund ihres Zustandekommens nach hierfür geltenden Grundsätzen fachgerecht und sollen sich als „anerkannte Regeln der Technik“ einführen.
2. Die Empfehlungen des Arbeitskreises „Geomesstechnik“ stehen jedermann zur Anwendung frei. Sie bilden einen Maßstab für einwandfreies technisches Verhalten; dieser Maßstab ist auch im Rahmen der Rechtsordnung von Bedeutung. Eine Anwendungspflicht kann sich aus Rechts- oder Verwaltungsvorschriften, Verträgen oder aus sonstigen Rechtsgrundlagen ergeben.
3. Die Empfehlungen des Arbeitskreises „Geomesstechnik“ sind in aller Regel eine wichtige Erkenntnisquelle für fachgerechtes Verhalten im Normalfall. Sie können nicht alle möglichen Sonderfälle erfassen, in denen weitergehende oder einschränkende Maßnahmen geboten sein können. Es ist auch zu berücksichtigen, dass sie nur den zum Zeitpunkt der jeweiligen Ausgabe herrschenden Stand der Technik berücksichtigen können.
4. Abweichungen von den vorgeschlagenen Berechnungsansätzen können im Einzelfall zweckmäßig sein, sofern sie durch entsprechende Nachweise, Messungen oder Erfahrungen begründet werden.
5. Durch das Anwenden der Empfehlungen des Arbeitskreises „Geomesstechnik“ entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln.
1)
Redaktionsteam
Einführung
Unter dem Begriff „Geomesstechnik“ werden geotechnische und geodätische Messsysteme, ihre wissenschaftlich-technische Methodik und ihre Anwendung inklusive der dazu erforderlichen ingenieurtechnischen Aufgabenstellungen zusammengefasst, die in dem vielschichtigen Prozess von der Konzeption eines geotechnischen Messprogramms, dessen Umsetzung im Entwurfs-, Bemessungs- und Ausführungsprozess bis zur Analyse und Bewertung der Messergebnisse mit Rückkopplung auf die erforderlichen Entscheidungsprozesse und gegebenenfalls deren Umsetzung in dem weiteren Entwurfs- und Bemessungsprozess erforderlich sind.
Im Rahmen der Ausführungsphase bildet die messtechnische Überwachung ausgewählter Größen den wesentlichen Bestandteil der als Beobachtungsmethode („observational method“) gemäß Eurocode 7 eingeführten und anerkannten Methodik, die auf einer Verknüpfung von rechnerischer Prognose, messtechnischer Überwachung und hierauf aufbauenden Handlungsszenarien beruht. Die Beobachtungsmethode ist heute ein unverzichtbares Instrument für eine sichere und den Regeln der Technik, insbesondere den Randbedingungen der Geotechnik, entsprechenden Entwurfs- und Bemessungspraxis und kann bei allen Formen von geotechnischen Strukturen, wie tiefen Baugruben, Tunneln, Gründungen, Geländeeinschnitten etc. zur Anwendung kommen.
Mit Anwendung der Beobachtungsmethode wird dem Umstand Rechnung getragen, dass das Bauen in und mit Boden und Fels durch besondere Randbedingungen und Anforderungen geprägt ist, die insbesondere darauf zurückzuführen sind, dass Boden und Fels ein natürlicher und, anders als Stahl oder Beton, kein genormter Baustoff ist. Der anstehende Baugrund muss im Rahmen einer Baugrunderkundung zunächst hinsichtlich seiner Zusammensetzung und seiner Eigenschaften erkundet werden und kann dabei immer nur stichpunktartig aufgeschlossen werden. Hierdurch bedingt verbleiben zwischen den Aufschlüssen Unsicherheiten bezüglich des Verlaufs von Baugrundschichten sowie der Baugrundeigenschaften. Zudem unterliegen auch innerhalb von Homogenbereichen die Baugrundeigenschaften einer ausgeprägten natürlichen Streuung. Diese räumliche Variabilität in Verbindung mit einer oft komplexen Baugrund-Bauwerk-Interaktion, die selbst bei Einsatz von numerischen Simulationsmodellen stets nur abstrahierend und vereinfachend abgebildet werden kann, führt dazu, dass rechnerische Prognosen mit der Anwendung der Beobachtungsmethode, d. h. durch eine fortlaufende messtechnische Begleitung, also ein Monitoring der Ausführung und manchmal auch des Langzeitverhaltens geotechnischer Verbundkonstruktionen, zu kombinieren sind.
Das Monitoring, die messtechnische Überwachung physikalischer, insbesondere mechanischer Größen, ist ein wichtiges ingenieurtechnisches Werkzeug zur Qualitätssicherung von Herstellprozessen beim Bauen im und mit Boden und Fels, zur Überwachung von Bauwerken und ober- sowie unterirdischen Strukturen während ihres Baus und in ihrer Betriebsphase sowie bei der Beurteilung von Gefährdungen durch natürliche geotechnische Risiken wie Hangrutschungen und Massenströme (u. a. Muren, Lawinen).
Das geotechnische Monitoring ist eine übergreifende Teildisziplin der Geotechnik; sie ist von wachsender Bedeutung für alle Bereiche dieser Ingenieurwissenschaft. Der Einsatz geotechnischer und geodätischer Messverfahren ist eine wesentliche Voraussetzung für das Verständnis des Trag- und Verformungsverhaltens geotechnischer Konstruktionen und ist damit auch ein wichtiges Instrumentarium für die geotechnische Forschung – u. a. auch für regenerative Energiekonzepte, bei der Entsorgung von Reststoffen etc.
Geotechnisches Monitoring erlaubt die Früherkennung von Risiken oder Gefährdungen und damit das rechtzeitige Einleiten von Schutz- und Gegenmaßnahmen und unterstützt so die handelnden Personen maßgeblich dabei, Siedlungs- und Naturräume vor Naturgefahren zu schützen.
Das Monitoring von Herstellungsprozessen ist ein wichtiges Element des Risiko- und Qualitätsmanagements im Erd-, Grund- und Spezialtiefbau und trägt zur Optimierung von Bauprozessen und damit zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit bei.
Das fortlaufende Monitoring geotechnischer Verbundkonstruktionen während der Lebensdauer eines Bauwerks und natürlicher Gefährdungen dient der Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit und Standsicherheit, des Natur- und Katastrophenschutzes sowie als Beurteilungsgrundlage für Lebenszyklusanalysen.
Geotechnisches Monitoring ist geprägt durch den Einsatz hochspezialisierter Messverfahren und -methoden, die unter schwierigen Randbedingungen (Umwelteinflüsse, Baustellenbedingungen) eine dauerhaft zuverlässige Erfassung kleiner und kleinster Veränderungen ermöglichen müssen.
Die Entwicklung und Optimierung geotechnischer Messkonzepte ist eine komplexe und umfassende ingenieurtechnische Aufgabenstellung, die mit dem Erkennen der Notwendigkeit und der Definition der Ziele einer messtechnischen Überwachung beginnt und mit der Umsetzung und Einarbeitung der analysierten Messergebnisse in einen Bemessungs- und Überwachungsprozess endet. Dabei kann jeder einzelne Aspekt dieser vielschichtigen Aufgabenstellung maßgebend für den Erfolg der Messaufgabe sein. Die Geomesstechnik ist zugleich geprägt von einer besonderen Form der Interdisziplinarität, die aus der Verknüpfung der Geotechnik mit der Mess- und Prüftechnik (Feinmechanik, Elektrotechnik), der Geodäsie, der Geophysik und konstruktiven Belangen resultiert.
Mit den vorliegenden Empfehlungen des Arbeitskreises 2.10 „Geomesstechnik“ der DGGT (Deutschen Gesellschaft für Geotechnik) und der DVW (Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement) werden alle vorgenannten Aspekte abgedeckt. Ausgehend von Grundüberlegungen zur Geomesstechnik (Kap. 1) und zur Zielsetzung geotechnischer Messungen (Kap. 2) folgt der Aufbau dieser Empfehlungen dem strukturiert sinnvollen Vorgehen des Planungsprozesses bei einer projektspezifischen Messaufgabe: Ausgehend von Überlegungen zu den zu erfassenden Messgrößen (Kap. 3) und den zur Erfassung dieser Messgrößen einzusetzenden Messsystemen und -verfahren (Kap. 4) werden das Datenmanagement, also Aspekte der Datenerfassung, -übertragung und -sicherung (Kap. 7), sowie die Datenauswertung, also der Prozess der Datenaufbereitung, -analyse und Visualisierung (Kap. 8) behandelt. Grundsätzliche bzw. anwendungsspezifische Empfehlungen zur Erstellung von Messprogrammen finden sich in den Kap. 5 und 6. Fallbeispiele zu den anwendungsspezifische Empfehlungen verdeutlichen „Best-Practice“-Anwendungen. Auch Aspekte der Qualitätssicherung sowie vertragliche Rahmenbedingungen werden angesprochen (Kap. 9).
In der Summe bekommt der Anwender damit einen Leitfaden an die Hand, der alle wesentlichen Aspekte der Geomesstechnik nach dem Stand der Technik im Detail behandelt.
Abkürzungsverzeichnis
1-D
eindimensional
2-D
zweidimensional
3-D
dreidimensional
4-D
vierdimensional
A/D
Analog-digital
ABS
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (Kunststoff)
ADV
Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland
AGP
aufgeständerte Gründungspolster
ALS
Airborne Laserscanning
BAW
Bundesanstalt für Wasserbau
BDP
Bohrlochrammsondierung (Borehole Dynamic Probing)
BGR
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
C/A
coarse/acquisition
CAD
computer-aided design
CCD
charge coupled device
DB-REF
Referenzsystem der Deutschen Bahn
DCF 77
Rufzeichen des Zeitzeichensenders
DepV
Deponieverordnung
DGGT
Deutsche Gesellschaft für Geotechnik
DHHN2016
Deutsches Haupthöhennetz 2016
DInSAR
differential interferometric synthetic aperture radar
DMS
Dehnungsmessstreifen
DS
distributed scatterer
DSL
digital subscriber line (digitaler Teilnehmeranschluss)
DVW
Gesellschaft für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement
DVWK
Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau e. V.
DWA
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.
EBGEO
Empfehlungen für Bewehrungen aus Geokunststoffen
EC
Eurocode
EDZ
excavation damaged zone
EN
Euronorm, europäische Norm
ETRS 89
Europäisches Terrestrisches Referenzsystem 1989
FBG
Faser-Bragg-Gitter
FDVK
flächendeckende dynamische Qualitäts- und Verdichtungskontrolle
FEM
Finite-Elemente-Methode
GBInSAR
ground-based InSAR
GIS
Geografische Informationssysteme
GK
Geotechnische Kategorie
GLONASS
globales Satellitennavigationssystem der Russischen Förderation
GNSS
globales Navigationssatellitensystem (global navigation satellite system)
GOK
Geländeoberkante
GPS
global positioning system
GRS 80
Geodätisches Referenzsystem 1980
GUM
Guide to the Expression of Uncertainty
HOAI
Honorarordnung für Architekten und Ingenieure
IME
Integralmesselement
InSAR
interferometric synthetic aperture radar
KPP
kombinierte Pfahl-Platten-Gründung
LAN
local area network
LBO
Landesbauordnung
LDA
Laser-Doppler-Anemometrie
LiDAR
light detection and ranging
LoRaWAN
long range wide area network
LVDT
linear variable differential transformer
LWL
Lichtwellenleiter
MEMS
microelectromechanical systems
MID
magnetisch-induktive Durchflussmessung
MUX
Multiplexer
NHN
Normalhöhennull
NN
Normalnull
NTC
negative temperature coefficient thermistor
OTDR
optical time domain reflectometry
OWEA
Offshorewindenergieanlagen
P
precise
PA
Polyamid
PSI
persistent scatterer interferometry
PT
Platin-Temperatursensor
PTC
positive temperature coefficient thermistor
PSW
Pumpspeicherwerk
PVC
Polyvinylchlorid
RC
Widerstand (R) – Kondensator (C) – Schwingkreis
RTK
real time kinematic
RS-232
serielle Schnittstelle zur Datenübertragung
RS-485
Schnittstelle zur asynchronen seriellen Datenübertragung
SAR
synthetic aperture radar
SBAS
small baseline subset
SGP
Säulen-Geogitter-Polster-Bauweise
SI
systéme international d’unités
SKH
Stichkanal Hildesheim
SMD
surface-mounted devices
SMS
Spannungsmonitorstation
SPT
standard penetration test
SRD
short range device
SWD
Sohlenwasserdruckgeber
TBM
Tunnelbohrmaschine
TLS
terrestrisches Laserscanning
TLS/SSL
tansport layer security/secure sockets layer
UAV
unmanned aerial vehicle
USB
universal serial bus
USV
unterbrechungsfreie Stromversorgung
UTM
universal transverse mercator
UV
Ultraviolett
v. E.
vom Endwert (engl. full-scale)
VOB
Verdingungsordnung für Bauwesen
VPN
virtual private network
VV
Verwaltungsvorschrift
VW
vibrating wire
WEA
Windenergieanlage
WGS 84
World Geodetic System 1984
WKP
wiederkehrende Prüfungen
WLAN
wireless local area network
WSV
Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes
ZTV
zusätzliche technische Vertragsbedingungen
Verwendete Größen und ihre Formelzeichen
a
i
Halbbreite der Einflussgröße
x
i
A
Fläche
c
i
Sensitivitätskoeffizient der Größe
i
C(k)
Autokovarianzfunktion
C
xz
(
k
)
Kreuzkovarianzfunktion
Δ
l
Längenänderung
Δ
p
Druckdifferenz Δ
p
=
p
1
−
p
2
bzw.
p
1,2
Δ
R
elektrische Widerstandsänderung
Δ
t
Abtastrate (Messintervall)
E
Elastizitätsmodul
ϵ
Dehnung
F
Kraft
g
örtliche Fallbeschleunigung (Erdbeschleunigung)
G
i
Gewichtsfaktor der Größe
i
γ
w
Wichte des Grundwassers
k
k
-Faktor oder Dehnungsempfindlichkeit
K
xz
(
k
)
Kreuzkovarianzfunktion (ohne Skalierung der Amplituden)
l
i
Einzelmessung
i
l
0
ursprüngliche Länge
arithmetischer Mittelwert
λ
Wellenlänge
n
Anzahl der Messungen
ν
N
Nyquist-Frequenz
p
Druck in Flüssigkeiten, Gasen
p
abs
absoluter Druck gegenüber dem Druck null im leeren Raum
p
amb
Atmosphärendruck; auch: Luftdruck
p
e
atmosphärische Druckdifferenz (Überdruck)
π
Kreiszahl
Q
Durchfluss
r
empirischer Korrelationskoeffizient
R
elektrischer Widerstand
ρ
w
Dichte des Grundwassers
s
empirische Standardabweichung
empirische Standardabweichung des arithmetischen Mittels
s
2
empirische Varianz
s
x
,
s
y
empirische Standardabweichungen der Zufallsvariablen
x
bzw.
y
s
xy
empirische Kovarianz
σ
mechanische Spannung
σ
2
theoretische Varianz
T
Gesamttoleranz
T
i
Einzeltoleranz
T
V
Vermessungstoleranz (Trennschärfe)
u
Porenwasserdruck (Wasserdruck in fluidgefüllten porösen Medien)
u
i
Standardunsicherheit der Größe
i
nach GUM
U
k
Messunsicherheit mit
k
= Erweiterungsfaktor (
k
= 1, 2, 3 oder 4)
v
Verbesserung
v
x
, v
y
Vektor der Verbesserungen der Zufallsvariablen
x
bzw.
y
V
Varianzmatrix
x, y, z
3-D-Koordinaten
x
i
Messwert Nr.
i
arithmetischer Mittelwert
x
(
t
)
Zeitreihe
x
(
t
) =
g
(
t
) +
s
(
t
) +
u
(
t
), mit
g
(
t
) → Trendkomponente
s
(
t
) → Saisonkomponente
u
(
t
) → Restkomponente
ungeradzahlige Glättungsfunktion der Ordnung
p
= 2
k
+ 1
z
geodätische Höhe; auch: geometrische Höhe
z
w
(Grundwasser-)Potenzial; auch: piezometrische Höhe
Abbildungsverzeichnis
1.1
Struktur der grundlegenden geotechnischen Euronorm DIN EN 1997 im Zusammenspiel mit EN ISO Versuchsstandards.
1.2
Inhalt und Ablauf eines Geomonitoringprojekts (in Anlehnung an DIN EN ISO 18674-1:2015-09 und HOAI).
1.3
Prozess des Risikomanagements (nach DIN ISO 31000:2018-10).
3.1
Natürliches Bezugssystem.
3.2
Niveaufläche, Geoid, Quasigeoid, Lotlinie, Ellipsoid.
3.3
Ellipsoidisches Bezugssystem.
3.4
Definition eines lokalen Bezugssystems.
3.5
Bezeichnungen im Zusammenhang mit Porenwasserdruck a) Grundbegriffe Druck in Anlehnung an DIN 1314. b) Fluiddrücke am Piezometer mit Bezeichnungen von Erscheinungsformen unterirdischen Wassers (in Anlehnung an DIN 4047-3 und DIN 4049-3).
4.1
Beziehung zwischen Messgröße und Messwert in einer Messkette (nach DIN 1319-1:1995-01).
4.2
(a–d) Bauarten induktiver Wegaufnehmer, (e) Messprinzip Differenzialdrossel, (f) Differenzialtransformator.
4.3
Bauarten kapazitiver Wegaufnehmer nach Schlemmer (1996).
4.4
Abtastsystem eines inkrementellen Wegaufnehmers (nach Fischer 1990).
4.5
Messprinzip eines Schwingsaitenaufnehmers (GLÖTZL 2020).
4.6
Prinzip eines Triangulationssensors.
4.7
Licht-Schatten-Verfahren.
4.8
Prinzipieller Aufbau eines Michelson-Interferometers.
4.9
Prinzip des Laufzeitverfahrens.
4.10
Prinzip des Phasenvergleichsverfahrens.
4.11
Prinzip einer offenen Druckschlauchwaage (nach Meier und Ingensand 1996).
4.12
Prinzip der Neigungsmessung mit einem Pendel.
4.13
Prinzip kapazitiver Neigungssensoren der Firma Wyler (nach Hinnen et al. 2013).
4.14
Prinzip der Neigungsmessung mit Flüssigkeitshorizont.
4.15
Prinzip der Positionsbestimmung mit GNSS.
4.16
(a) Messprinzip eines Geofons und (b) eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors.
4.17
Prinzipskizze eines einachsigen Dehnungsmessstreifens.
4.18
Prinzipskizze eines Faser-Bragg-Gitter-Sensors.
4.19
Bauarten von Verformungskörper (nach Hottinger et al. 1992, S. 631ff).
4.20
Prinzip einer Brückenschaltung.
4.21
Spannungsmessung nach dem Kompensationsmessprinzip (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.22
Prinzip eines Thermoelements.
4.23
Prinzip eines Infrarotthermometers.
4.24
Rückstreuspektrum einer dotierten Faser.
4.25
(a) Automatisiertes Tachymeter und (b) am Bauwerk montiertes Prisma.
4.26
(a) GNSS-Sensor zur Überwachung und (b) lokale GNSS-Referenzstation.
4.27
Terrestrisches Laserscanning: Verfahren.
4.28
Grundlagen der Radarinterferometrie.
4.29
Darstellung einer sonnensynchronen Umlaufbahn.
4.30
Prinzip der Mehrbildfotogrammetrie.
4.31
Prinzip des geometrischen Nivellements.
4.32
Funktionsaufbau einer mobilen, geschlossenen Druckschlauchwaage (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.33
Funktionsprinzip einer offenen stationären Druckschlauchwaage (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.34
Messsystem einer Überlaufschlauchwaage (GLÖTZL 2019f).
4.35
Funktionsprinzip 3-D-Fissurometer (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.36
(a) Prinzip des Schwimmlotes und (b) Prinzip des Schwimmlotes mit selbstzentrierender Sonde (nach Rosenkranz et al. 2002).
4.37
Wippenführung der mobilen Inklinometersonde im Messrohr mit Nuten (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.38
Neigungssystem Zeromatic der Firma Wyler.
4.39
Prinzipieller Aufbau zur Bestimmung von Abstandsänderungen durch Weißlichtinterferometrie mit dem SOFO-Messsystem (aus Inaudi et al. 1994).
4.40
Erschütterungsmessgerät SUMIT M VIPA mit abgesetztem 3-D-Sensor (rechts im Bild), GPS-Zeitsynchronisierung und integriertem Modem (DMT GmbH & Co. KG).
4.41
Ankerkraft- und Kraftmessdose nach dem Prinzip Schwingsaite der Firma GEOKON, Modell 4900 (GEOKON 2019).
4.42
Hydraulisch/elektrische Ankerkraftmessgeber GLÖTZL, Modell KK mit Kenndaten für den Messbereich 250–5000 kN (GLÖTZL 2019a).
4.43
Kopfausbildung eines Litzenankers mit Ankerkraftmessgeber (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.44
Hydraulische Pfahlfußdose für Ortbetonpfähle am Bewehrungskorb montiert, Aufbau und Funktionselemente (GLÖTZL 2019d).
4.45
Im Bewehrungskorb eingebaute Osterbergzelle mit Wegaufnehmern (Sychla et al. 2020).
4.46
Aufbau mechanischer Messanker gemäß Interfels MA (Müller und Habenicht 1979).
4.47
Spannungsdruckgeber mit Nachspannrohr und Befestigungsösen, Messprinzip Schwingsaite, Abmessungen 100 mm × 200 mm × 6 mm bzw. 150 mm × 250 mm × 6 mm, Modell 4850-1/2 (GEOKON 2019).
4.48
Beispiel einer Spannungsmonitorstation: (Mont Terri-Projekt MB-A Experiment, Phase 23, BGR 2018), siehe Fallbeispiel „Untertägiger Hohlraumbau“ im Abschn. 6.7.4.
4.49
Verteilung der Druckspannungen im Bereich eingebauter Spannungsmessdosen (Franz 1958), (Fecker 2018, S. 54).
4.50
Einbau von Betonspannungs- und Radialspannungsgebern im Tunnelbau mit Nachspannung über das innere System des Druckkissens mittels Nachspannrohr (GLÖTZL GmbH) und (nach Paul und Walter 2004).
4.51
Beispiel: Messung von Kontakt (Tangential)-Spannungen an den Grenzflächen von Tübbing-Segmenten (Projekt Stuttgart 21, 2015, Fotoarchiv GLÖTZL).
4.52
(a) Einbaubeispiel eines piezoresistiven Sohldruckgebers in der Aussparung der Sauberkeitsschicht der Bodenplatte einer KPP-Gründung und (b) Kabelführung innerhalb der Sauberkeitsschicht (Hochhausgründung La Roche, Basel, 2012, Fotoarchiv GLÖTZL).
4.53
Erddruckmessungen in der Gründungssohle eines Dammes, SGP-Bauweise (Projekt DB-ABS Augsburg-Olching, 2006, Fotoarchiv GLÖTZL).
4.54
Einpressgeber für Erddruck Typ PE/P (GLÖTZL 2019b).
4.55
Temperaturverlauf entlang einer Glasfaser an ausgewählten Messzeitpunkten vor und nach einem Pumpversuch am 24.10.2018 (Bruns et al. 2019).
4.56
(a) Prinzip der Refraktionsseismik und (b) daraus ermittelter Schichtverlauf (DMT GmbH & Co. KG).
4.57
(a) Geoelektrische Auslage zur Detektion von Hohlräumen und (b) hiermit ermittelte Widerstandsverteilung (DMT GmbH & Co. KG).
4.58
Ergebnis einer Elektromagnetik zur Detektion alter Fundamente (DMT GmbH & Co. KG).
4.59
(a) Georadarmessungen und (b) Auswertung der Reflexionen (DMT GmbH & Co. KG).
4.60
(a) Gravimetrische Messungen zur Ermittlung von (b) Dichteunterschieden (DMT GmbH & Co. KG).
4.61
(a) Magnetikmessungen und (b) flächenhafte Verteilung des Erdmagnetfeldes (DMT GmbH & Co. KG).
4.62
Überwachung einer Sanierungsmaßnahme (a) vor und (b) nach dem Einpressen von Injektionsgut (DMT GmbH & Co. KG).
4.63
Verdeutlichung der Begriffe Richtigkeit, Präzision und Auflösung an einer Zielscheibe.
4.64
Unterschiedliche Qualitätsstufen der Präzision und der Richtigkeit (nach Köhne und Wößner 2009).
4.65
Betrag der Korrelationen (nach Wolf 1965, S. 114).
4.66
Berechnung von Wahrscheinlichkeiten aus Dichtefunktionen.
4.67
Dichtefunktionen der Normalverteilung.
4.68
Dichtefunktionsverläufe der Student-Verteilung.
4.69
Rechteckverteilung.
4.70
Ishikawa-Diagramm für ein Tachymeter (nach Hennes 2007).
4.71
Ishikawa-Diagramm für einen Wasserdrucksensor.
4.72
Vertrauensintervalle für unterschiedliche Erweiterungsfaktoren.
4.73
Aufbau des Grundwasserpegels mit den Einzelgrößen der Messung (GLÖTZL GmbH, Rheinstetten).
4.74
Toleranzbegriffe (nach DIN18202:2019-07).
4.75
Prüfung auf Toleranzüberschreitung.
5.1
Beispiel für Schwellen-, Eingreif- und Alarmwert bei kontinuierlichen Messgrößen.
6.1
Instrumentierung in Aufschüttungen (z. B. Dammschüttung auf weichem Untergrund).
6.2
Instrumentierung in Auffüllungen (Deponie).
6.3
Bodenprofil im Bereich der Ausbaustrecke BAB A26, Stade–Hamburg, östlich der Este bis zur AS Neu Wulmstorf.
6.4
Gründungsbereich der Anrampungen mit geotextilummantelten Sandsäulen unter einer horizontalen Geokunststoffbewehrung.
6.5
Anordnung der Messtechnik zwischen und auf den Säulen der geotextilummantelten Sandsäulen.
6.6
Ausgesteifte Baugrube (obere Lage) mit dahinterliegenden denkmalgeschützten Kanzleigebäude und Marienkirche (Gattermann et al. 1996).
6.7
(a) Schnitt durch die Baugrubenwand und (b) Draufsicht (Gattermann et al. 1996).
6.8
Ergebnisse der Inklinometermessungen Messstelle 02, „Breite Straße“ (Gattermann et al. 1996).
6.9
Beispielhafte Anordnung von Messgebern zur messtechnischen Überwachung einer KPP (kombinierte Pfahl-Platten-Gründung) (Moormann 2002).
6.10
Messprogramm Stock Yard im Grundriss (Moormann et al. 2010).
6.11
Messprogramm Stock Yard in Querschnitten (Moormann et al. 2010).
6.12
Offene Druckschlauchwaage zur händischen Messung von Setzungsmulden unter Halden (System Geokon).
6.13
Beispielhafte Messergebnisse des Kohlelagers (Moormann et al. 2010).
6.14
Einschnittsböschung: zeitliche Entwicklung der Böschungsneigung.
6.15
Einschnittsböschung: Schnitt und Grundriss.
6.16
Massenbewegung Gradenbach, Blick auf den Rutschhang von der Referenzstation R2.
6.17
Massenbewegung Gradenbach, Überblick über die Instrumentierung.
6.18
Anordnung der Messstellen an Staumauern (Beispiel).
6.19
Anordnung der Messstellen an Staudämmen (Beispiel).
6.20
PSW Goldisthal, Blick auf den Damm der Hauptsperre (Unterbecken).
6.21
Instrumentierung der Hauptsperre des PSW Goldisthal.
6.22
Exemplarischer untertägiger Messquerschnitt.
6.23
Exemplarische Verformungsmessungen vorab der Ortsbrust in Tunnellängsrichtung.
6.24
Exemplarischer obertägiger Messquerschnitt.
6.25
Anordnung von Konvergenzmessstrecken.
6.26
Beobachtung von Trennflächen.
6.27
Kombination von Extensometer- mit Konvergenzmessungen.
6.28
Exemplarische Anordnung von Druckkissen in einer Ausbauschale.
6.29
Teilschnittmaschine für die Streckenauffahrung im Mont Terri Rock Laboratory.
6.30
Instrumentierung im Gebirge.
6.31
Querschnitt Burchardkai 2, Liegeplatz (HPA Hamburg Port Authority 2008).
6.32
Regelquerschnitt der Kajenkonstruktion des JadeWeserPort mit geotechnischem Messprogramm (Gattermann et al. 2013).
6.33
Offshoregründungsstrukturen.
6.34
(a) Geklebter mechanischer Schutz von Lichtwellenleitern im Inneren eines Monopiles und (b) der Rammschuh am Fuß (Institut für Geomechanik und Geotechnik, TU Braunschweig, 2021).
6.35
Stahlplatte mit vorgesehener Messtechnik vor dem Einbau (Gattermann et al. 2009).
6.36
Installierte Sensorik am Monopile FINO3 (Gattermann et al. 2009).
7.1
Analoge und digitale Übertragungswege zwischen Sensor- und Datenerfassungsebene (Quelle: GLÖTZL GmbH).
8.1
Bereinigung von Messwerten.
8.2
Darstellung der Messwerte über der Zeit (Niemeier 2008).
8.3
Komponentenmodell für eine Zeitreihe (Kneip 2010).
8.4
Aliasing-Effekt bei sinusförmigen/saisonalen Veränderungen (Heunecke et al. 2013).
8.5
Datenlücken in den aufgezeichneten Messwerten einer Zeitreihe.
8.6
Autokovarianzfunktion für die Zeitreihe aus Abb. 8.2 (Niemeier 2008).
8.7
Überwachungsmessung an der Fallersleber-Tor-Brücke in Braunschweig. Zeitreihe für die x-Koordinaten für eine Messmarke (Heinert und Niemeier 2004).
8.8
Gleitende Durchschnittswerte der Ordnung drei bei einer Zeitreihe (aus von der Lippe 2019).
8.9
Trendfunktion für eine Zeitreihe mit periodischem Signal (Holzmann 2002).
8.10
Verschiebung der Zeitreihen um den Mittelwert (Offsettranslation) und Normierung mittels der Standardabweichungen (Amplitudenskalierung) (Kriegel et al. 2009).
8.11
Vorverarbeitungsschritte für die Verarbeitung von zwei Zeitreihen (Kriegel et al. 2009).
8.12
Längenänderung eines Stahlträgers über 30 Tage (Heunecke et al. 2013).
8.13
Simultane Messung der Umgebungstemperatur (Heunecke et al. 2013).
8.14
Empirische Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Länge eines Stahlträgers und der Umgebungstemperatur (Heunecke et al. 2013).
8.15
Veranschaulichung der Approximation einer Treppenfunktion durch eine Folge von harmonischen Funktionen (Kriegel et al. 2009).
8.16
Übergang (a) vom Zeitbereich in (b) den Frequenzbereich.
8.17
Übersicht über ausgewählte Messstellen bei der Erneuerung der Schleuse Brunsbüttel (Otte 2017).
8.18
Visualisierung der Lage der Messstellen für das Messkonzept der Überwachung der Schleuse Münster (Herten 2017).
8.19
Darstellung mehrerer Zeitreihen für Porenwasserdruckmessungen (Pohl 2017).
8.20
Darstellung der Sohlwasserpotenziale am Eidersperrwerk (Nuber et al. 2016).
8.21
Senkungsprognose für das Kavernenfeld Etzel (Eickemeier und Schäfers 2016).
8.22
Tensordarstellung der Hauptwerte der horizontalen relativen Längenänderungen für das Kavernenfeld Etzel für das Jahr 2006 (Eickemeier und Schäfers 2016).
Tabellenverzeichnis
1.1
Prozessschritte beim Georisikomanagement (je Projektphase).
4.1
Auswahl von SAR-Satelliten (C-Band und X-Band).
4.2
Größenordnung der Messunsicherheiten fotogrammetrischer Punktbestimmungen.
4.3
Kennwerte und Merkmale für ausgewählte Sondenextensometer (Gattermann und Stahlmann 2006).
4.4
Technische Daten elektrischer Ankerkraft- und Kraftmessdosen.
4.5
Kompensation des gemessenen Drucks
p
hinsichtlich des Atmosphärendrucks
p
amb
zur Bestimmung des Porenwasserdrucks
u
(Fluiddruck).
4.6
Beispiele für Kalibrierangaben.
4.7
Erweiterungsfaktor
k
in Abhängigkeit von der Überdeckungswahrscheinlichkeit.
4.8
Vermessungstoleranzen, berechnet nach der arithmetischen und der statistischen Methode.
6.1
Typische Messgrößen.
6.2
Häufig eingesetzte Messverfahren.
6.3
Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
6.4
Übersicht der zu messenden Parameter bei Baugruben.
6.5
Typische Messgrößen.
6.6
Häufig genutzte Messverfahren.
6.7
Einschnittsböschung: Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
6.8
Messgrößen und eingesetzte Messverfahren.
6.9
Typische Messgrößen an Dämmen und Staumauern.
6.10
Häufig an Talsperren und Dämmen eingesetzte Messverfahren (unabhängig von der Bauweise).
6.11
Zusätzlich an Dämmen eingesetzte Messverfahren.
6.12
Zusätzlich an Staumauern eingesetzte Messverfahren.
6.13
Empfohlene Messpunktanzahl an Staumauern.
6.14
Empfohlene Messpunktanzahl an Staudämmen.
6.15
Übersicht über das Messprogramm der Hauptsperre des PSW Goldisthal.
6.16
Typische Messgrößen.
6.17
Häufig genutzte Messverfahren.
6.18
Typische Messgrößen.
6.19
Häufig genutzte Messverfahren und -systeme.
6.20
Typische Messgrößen im Grubengebäude.
6.21
Messprogramm zur Beobachtung des Gebirgsverhaltens.
6.22
Übersicht der zu messenden Parameter einer Kaianlage während des Baus.
6.23
Übersicht der zu messenden Parameter einer Kaianlage während der Betriebsphase.
6.24
Zu erfassende Messgrößen und die zugehörige Sensorik einer Kaimauer.
6.25
Messprogramm und eingesetzte Messsysteme am JadeWeserPort.
6.26
Typische Messgrößen bei Offshorebauwerken.
6.27
Häufig genutzte Messverfahren bei Offshorebauwerken.
6.28
Messprogramm und eingesetzte Messsysteme bei der Forschungsplattform FINO3 in der ersten Betriebsphase.
7.1
Musterinhalte des Messprotokolls.
7.2
Musterinhalte/-angaben für einen messtechnischen Bericht.
7.3
Maximale Übertragungslängen in Abhängigkeit der Sensorart und der Sensorversorgung (GLÖTZL GmbH, langjährige Projekt-Erfahrungswerte).
7.4
Maximale Übertragungsreichweiten digitaler Übertragungssysteme.
1Geomesstechnik
Die Geomesstechnik ist ein interdisziplinäres Fachgebiet von Geotechnik und Ingenieurgeodäsie. Sie hat zum Ziel, zur Beantwortung geotechnischer Fragestellungen mithilfe messtechnischer Methoden beizutragen. Sie umfasst die lösungsorientierte Entwicklung und Umsetzung von Messprogrammen z. B. zur Bestimmung des Ausgangszustandes für eine Beobachtungsmethode mit der Ermittlung von Kennwerten, zur Zustandsermittlung von Betriebs- oder Endzuständen sowie zur messtechnischen Erfassung von Zustandsänderungen. Dabei sind die Messergebnisse unter Einbeziehung von weiteren Beobachtungen und Informationen in geeigneter Weise zu analysieren und zu bewerten, sodass maßnahmenspezifische Sicherheiten bzw. Risiken eingeschätzt werden können und die Grundlagen für Entscheidungsprozesse zur Verfügung stehen.
Eine besondere Bedeutung der Geomesstechnik begründet sich durch die Etablierung der Beobachtungsmethode gemäß DIN EN 1997-1. Diese Methode beruht auf einer Verknüpfung von rechnerischer Prognose, messtechnischer Überwachung und hierauf aufbauenden Entscheidungsprozessen und Handlungen. Die hiermit einhergehende messtechnische Überwachung geotechnischer Objekte wird im Allgemeinen als „Geomonitoring“ bezeichnet. Die Beobachtungsmethode und damit auch die Geomesstechnik sind somit Instrumente für eine sichere und den Regeln der Technik entsprechende Entwurfs-, Bemessungs- und Ausführungspraxis, besonders bei komplexen Untergrundbedingungen und Bauwerken der Geotechnischen Kategorie 3. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz der Beobachtungsmethode während der Nutzung eines Bauwerks die Nachweisführung für dessen anhaltende Gebrauchstauglichkeit und Standsicherheit.
1.1 Ziele der Geomesstechnik
Die Geomesstechnik beinhaltet die messtechnische Zustandserfassung und Überwachung geologischer Körper sowie von Bauwerken im Erd-, Grund-, Fels-, Berg-, Ingenieur- und Deponiebau. Ihr kommt im Rahmen eines erhöhten Umweltbewusstseins, einer verstärkten Risikovorsorge vor Naturgefahren sowie erhöhter Ansprüche an die Kontrolle und Qualitätssicherung von Bauwerken und Bauverfahren eine besondere Bedeutung zu.
Folgende Gesichtspunkte haben bei der Entscheidung über die Notwendigkeit dieser Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik eine wesentliche Rolle gespielt:
Die Öffentlichkeit beansprucht im zunehmenden Maße, dass große Bauprojekte, einschließlich der Stadt- und Regionalplanung, mit Sensibilität und Transparenz geplant und durchgeführt werden.
Objektive, über die gesamte relevante Projektdauer erfasste geomesstechnische Daten sind eine wesentliche Voraussetzung für die gesellschaftliche Teilhabe und Akzeptanz.
Messtechnische Verfahren haben in den letzten Jahren hinsichtlich ihrer Methoden und Techniken eine intensive Weiterentwicklung erfahren. Dabei sind in der Baupraxis geotechnische und geodätische Überwachungsmessverfahren in vielfacher Weise zusammengewachsen. Diese Verfahren sind bislang noch nicht in einem umfassenden Dokument zusammengefasst und abgehandelt worden.
Im Rahmen einer einheitlichen Regulierung von Dienstleistungen in Europa ist in der grundlegenden geotechnischen Euronorm DIN EN 1997-1 (Eurocode 7) die „Beobachtungsmethode“ zum Entwurf geotechnischer Bauwerke aufgeführt. Geotechnische Überwachungsmessungen sind eine wesentliche Voraussetzung für die fachgerechte Anwendung dieser Methode.
Geomesstechnik ist eine Ingenieuraufgabe, die durch eine ganzheitliche und systematische Vorgehensweise charakterisiert ist, vergleichbar der, wie sie im konstruktiven Ingenieurwesen üblich ist. Ein geomesstechnisches Projekt umfasst Inhalte und Abläufe zur Planung, Durchführung, Auswertung und Interpretation geotechnischer Messungen, was eine Koordinierung mit Planern und anderen am Bau Beteiligten erforderlich macht.
Das Risikobewusstsein der Fachleute und der Öffentlichkeit verlangt, dass potenzielle Gefährdungen aus Naturgefahren und Baumaßnahmen zuverlässig eingeschätzt und sinnvolle Maßnahmen getroffen werden. Geomesstechnik ist dabei ein notwendiger Bestandteil des Risikomanagements.
Dieser Leitfaden soll helfen, das notwendige Wissen zur Geomesstechnik bereitzustellen und für typische Aufgabenstellungen exemplarische Handlungsanweisungen für ein dem Stand der Wissenschaft und Technik entsprechendes Vorgehen zu geben.
1.2 Sensibilität, Transparenz, Akzeptanz
Die Sicherung des Lebensraumes der modernen Gesellschaft ist verbunden mit der Errichtung und dem Betrieb von Einrichtungen und Maßnahmen gegen Naturgefahren (z. B. Hangrutschung, Hochwasser) sowie von aufwendigen Bauwerken und der Nutzung des Untergrundes (z. B. zur Rohstoff- und Energiegewinnung, Deponiebau). Im Vergleich zur Vergangenheit ist in den letzten Jahren eine erhöhte Sensibilität der Gesellschaft gegenüber diesen Projekten festzustellen, die insbesondere bei Eingriffen in die Natur, dramatischen Unfällen oder medienwirksamen Katastrophen geweckt wird. Die Anforderung besteht, dass Gebäude, Brücken, Dämme, Verkehrsanlagen und alle anderen Bauwerke bedenkenlos genutzt werden können. Bei der Erstellung von Bauwerken wird die Einhaltung der technischen und wirtschaftlichen Planungsrandbedingungen und die angemessene Berücksichtigung der Schutzgüter (hier insbesondere Mensch, Boden und Wasser) erwartet.
Aus gesellschaftlicher Sicht wird eine angemessene Transparenz über sämtliche Phasen der Errichtung der Bauwerke und eine Dokumentation über evtl. sicherheitsrelevante Störungen gefordert. Die Geomesstechnik trägt dazu bei, diese Transparenz während sämtlicher Phasen sicherzustellen, von der Erkundung des Baugrundes, der Beweissicherung, der Baustelleneinrichtung, der eigentlichen Bauwerkserstellung, bis hin zu oft langen Betriebs- oder Nachbetriebsphasen. Sie liefert messtechnische Informationen zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken. Eine vergleichbar sorgfältige und zielgerichtete Überwachung wird ebenso für das Verhalten kritischer natürlicher Bereiche in der Umwelt gefordert.
Daneben kann in der heutigen Zeit eine breite Akzeptanz für größere Bauvorhaben nur erreicht werden, wenn – neben einer sorgfältigen Planung und einer Voranalyse – im Rahmen eines Risikomanagements eine baubegleitende messtechnische Erfassung und möglichst ohne Verzögerung eine Analyse der für eine umfassende Sicherheitsbeurteilung notwendigen Kenngrößen erfolgt.
Anmerkung: In den vorliegenden Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik wird für das zu überwachende Messobjekt an vielen Stellen der Begriff „Baugrund“ verwendet. Die dort beschriebenen Messinstrumente oder Messverfahren sind jedoch meist ebenso zur Überwachung naturbedingter Gefährdungen, die beispielsweise durch Fließ-, Rutsch- oder Sturzbewegungen verursacht werden, geeignet.
1.3 Normative Regelung
DIN EN 1997 (Eurocode 7, abgekürzt auch bekannt als EC7) „Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik“ ist die grundlegende europäische Norm im Bereich der Geotechnik. Sie legt die Anforderungen fest, die zur Sicherstellung von Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit geotechnischer Objekte erforderlich sind. Der aktuell bauaufsichtlich eingeführte Stand des EC7 ist dokumentiert im Handbuch Eurocode 7 (2015). Im allgemeinen Teil 1 dieser Norm (DIN EN 1997-1) wird die auf Peck (1969) zurückgehende „Beobachtungsmethode“ als eine von insgesamt vier möglichen Nachweismethoden aufgeführt (Abb. 1.1). Sie ist insbesondere bei schwierigen und komplexen Bauwerken der Geotechnischen Kategorie (GK) 3 angezeigt. Es ist das erste Mal, dass die Beobachtungsmethode in einem internationalen Regelwerk festgeschrieben ist.
Teil 1 des EC7 (DIN EN 1997-1:2009-09) gibt allgemeine Hinweise zur Anwendung der Beobachtungsmethode. Sie ist als eine Methode zu verstehen, bei der die üblichen geotechnischen Untersuchungen und Berechnungen (Prognosen) in systematischer Weise mit einer laufenden messtechnischen Kontrolle des Baugrundes und des Bauwerks kombiniert werden. Dabei können alle Bauwerksphasen betroffen sein, vor und während der Herstellung des Bauwerks, aber auch während der Nutzung sowie in der Nachbetriebsphase. Bei der Beobachtungsmethode werden Entwurf, Berechnung und Bemessung im Zuge von Überwachungsmessungen laufend aktualisiert, wobei kritische Situationen durch die Anwendung geeigneter, vorab geplanter technischer Maßnahmen beherrschbar sein müssen. Geomesstechnik in Form von Überwachungsmessungen im Baugrund und an Bauwerken (Geomonitoring) ist somit ein unabdingbarer Bestandteil der Beobachtungsmethode. Im Abschn. 2.3 dieser Empfehlungen wird vertiefend auf die Beobachtungsmethode eingegangen.
Abb. 1.1 Struktur der grundlegenden geotechnischen Euronorm DIN EN 1997 im Zusammenspiel mit EN ISO Versuchsstandards.
Teil 2 des EC7 (DIN EN 1997-2:2010-10) behandelt die Erkundung und Untersuchung des Baugrundes, wobei das Augenmerk auf Richtlinien zur Ermittlung von Boden- und Felskennwerten für geotechnische Berechnungen liegt.
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Empfehlungen wird unter der Federführung der ISO (International Standardization Organisation) die ISO 18674 – Serie „Geotechnical investigation and testing – Geotechnical monitoring by field instrumentation“ erarbeitet (s. Abb. 1.1). Sie wird in der Endfassung voraussichtlich aus zehn Teilen bestehen:
Part 1: General rules,
Part 2: Measurement of displacements along a line: Extensometers,
Part 3: Measurement of displacements across a line: Inclinometers,
Part 4: Measurement of pore water pressure: Piezometers,
Part 5: Stress change measurements by total pressure cells (TPC),
Part 6: Hydraulic settlement systems,
Part 7: Strain gauges,
Part 8: Load cells,
Part 9: Geodetic monitoring instruments,
Part 10: Vibration monitoring instruments.
Die Teile 1–5 sind bereits in der deutschen Fassung DIN EN ISO 18764 veröffentlicht (Stand Frühjahr 2021). Die übrigen Teile sind in Bearbeitung und werden schrittweise eingeführt.
Entsprechend der Natur derartiger Regelwerke werden in ihnen konzeptuelle Zusammenhänge aufgezeigt und technische Anforderungen spezifiziert. Sie besagen jedoch in der Regel nichts über so wichtige Gesichtspunkte wie die Ausschreibung und Vergabe geotechnischer Messungen sowie die im Geomonitoring entscheidende Zusammenarbeit von Geotechnikingenieuren, konstruktiven Ingenieuren und Messingenieuren. In den Empfehlungen des Arbeitskreises Geomesstechnik werden unter Beachtung der in den Regelwerken niedergelegten technischen Anforderungen, auch diese Gesichtspunkte praxisgerecht abgehandelt.
