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Diploma and Master Theses (authored and supervised):

K. Land:
"Die Bemessung von Kastenfangedämmen - Eine strukturierte Betrachtung der analytischen Berechnungsansätze anhand von numerischen Vergleichsrechnungen";
Supervisor: D. Adam, M. Dafert; Institut für Geotechnik, 2021; final examination: 2021-03-26.



English abstract:
Cofferdams are supporting structures, composed of mulitple elements, used for temporary excavations in open water or permanently as marine structures in coastal or port areas. The design is carried out according to the latest valid standards. The Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen: Häfen und Wasserstraßen EAU 2012 list specific details, assumptions, standards and regulations, that have to be observed for compliance in design and construction.
These are mostly based on the laboratory tests of Jelinek. Apart from this, only a few other research papers are available for this subject.
The objective of this thesis is to consider and discuss the simplified assumptions (EAU) for designs of double-wall cofferdams with a focus on the failure analysis. How do certain parameters
influence the results? Is it possible to confirm the assumptions of the analytical calculations with numerical approaches like the FEM? To discuss these questions, a pre-specified model of a cofferdam was designed in MATLAB according to current standards and guidlines. Three
parameters (friction angle, cohesion, width to height ratio) were varied to identify parameter combinations for the numerical calculation with PLAXIS 2D. The deformations and deviatoric strains of the structural elements were presented graphically to discuss the numerical outputs of the finite element analysis. This allows to control the assumed failure mode from analytical calculations, to compare it with the assumptions of the EAU and to discuss it afterwards.
Furthermore, the horizontal stresses (earth pressure) on the air sided wall are compared with two things: The approach of an increased earth pressure (25%) according to the EAU and likewise the redistribution of earth pressure according to the EAU and EAB. The increase of the active earth pressure on the air sided wall as well as the redistribution can be confirmed by the numerical evaluation of the horizontal stresses from PLAXIS for the chosen model. The simplified assumptions (EAU) for the limit state design against failure by tilt and slide are approximately reflected by the numerical results from PLAXIS for the parameters, which should lead analytically to the limit state design. The other assumed, simplified failure modes couldnīt be reproduced or confirmed by the results of the numerical comparison calculations in this thesis. Further research is needed in this field.

German abstract:
Kastenfangedämme sind zusammengesetzte Stützbauwerke, die als temporäre Konstruktionen bei Baugruben in offenen Gewässern oder dauerhaft als Uferwände im Küsten- und Hafenbereich eingesetzt werden. Derzeit erfolgt die Bemessung nach den aktuell gültigen Normen und Regelwerken.
Die Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen: Häfen und Wasserstraßen EAU 2012 führt spezielle Angaben, Annahmen sowie zu beachtende Normen und Vorschriften für die Nachweisführung auf. Diese beruhen größtenteils auf den Laborversuchen von Jelinek.
Abgesehen hiervon liegen nur wenige weitere Forschungsarbeiten für dieses Fachgebiet vor.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Betrachtung und Diskussion der vereinfachten Annahmen aus der EAU für die Bemessung von Kastenfangedämmen. Hierbei liegt der Fokus auf der Versagensanalyse.
Welches Ausmaß hat die Variation bestimmter Eingangsparameter auf die analytische Nachweisführung? Können die Annahmen für die Nachweise mit numerischen Vergleichsberechnungen bestätigt werden? Für die Beantwortung und die Diskussion der Forschungsfragen erfolgt
die Bemessung eines vorab festgelegten Kastenfangedammmodells nach den aktuellen Normen und Regelwerken in MATLAB. Hierfür werden drei Eingangsparametern (Reibungswinkel, Kohäsion
, b/H-Verhältnis) variiert. Aus den analytisch ermittelten Ergebnissen werden geeignete Parameterkombinationen für die numerischen Vergleichsberechnungen in PLAXIS ausgewählt.
Für die Ausgabe der numerisch ermittelten Ergebnisse wird die Darstellung der Verschiebungen sowie Schubverzerrungen gewählt. So kann das analytisch berechnete Versagen numerisch dargestellt,
mit den Annahmen der EAU verglichen und anschließend diskutiert werden. Des Weiteren werden die horizontalen Spannungen an der luftseitigen Wand mit dem erhöhten Erddruckansatz der EAU sowie den Erddruckumlagerungsfiguren der EAU und EAB verglichen.
Die Erhöhung des aktiven Erddrucks an der luftseitigen Wand sowie die Erddruckumlagerungsfigur lassen sich durch die Auswertung der horizontalen Spannungen an der Hinterseite der luftseitigen Wand aus PLAXIS, für die in dieser Arbeit gewählten Modellbetrachtungen,
bestätigen. Die vereinfachten Annahmen der EAU für den Nachweis gegen Versagen durch Kippen und Gleiten werden anhand der Ergebnisse der PLAXIS-Berechnungen mit der Parameterkombination für ein analytisches Versagen dieses Nachweises bestätigt. Die für die anderen Nachweise
vereinfacht angenommenen Versagensfiguren können durch die Ergebnisse der numerischen Vergleichsberechnungen in dieser Arbeit nicht dargestellt oder bestätigt werden. In diesem Bereich
liegt weiterer Forschungsbedarf vor.

Keywords:
Geotechnical engineering, cofferdams, geotechnical modelling, FEM, failure analysis


Electronic version of the publication:
https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_295578.pdf


Created from the Publication Database of the Vienna University of Technology.