Kinematische-Elemente-Methode (KEM)




Allgemeines zur KEM

Die Kinematische-Elemente-Methode (KEM) oder Methode der kinematischen Elemente ist ein modernes Berechnungsverfahren für geotechnische Traglast- und Standsicherheitsprobleme. Es dient der Berechnung von Festkörpern im Bruchzustand.

Die Methode ist kinematisch und statisch korrekt, setzt aber eine ausreichende numerische Optimierung der Bruchgeometrie voraus. Optimierungsziel ist entweder die Bruchlast oder der als Standsicherheit definierte Reduktuktionsfaktor der Scherfestigkeit (Felleniusregel), bei der die Bruchlast verschwindet. Die in der DIN 4084 vergleichsweise genannten Gleitkreisverfahren enthalten zum Teil statische Fehler und sie sind- vor allem bei nichthomogenen Böden- oft nicht ausreichend anpassungsfähig. Mit der KEM können wesentlich allgemeinere Bruchmechanismen modelliert werden.

Der Rechengang wird im Folgenden am Beispiel der Standsicherheit einer Böschung kurz erläutert. Das zu berechnende Festkörperkontinuum wird in mehrere Bruchkörper eingeteilt (üblich sind drei bis fünf oder manchmal mehr). Es werden erst die kinematischen Verschiebungs- und Bewegungsmöglichkeiten der Bruchkörper und dann die Gleichgewichtsbedingungen formuliert. Der vorhandene Sicherheitsfaktor gegenüber Bruchversagen wird berechnet. Die Form der Bruchkörper wird variiert, solange bis ein minimaler Sicherheitsfaktor gefunden ist. Dieser gibt dann die vorhandene Sicherheit an.

Mit der KEM können Schichtwechsel und Grundwasserverhältnisse sowie verschiedene äußere Lasten berücksichtigt werden. Im Bruchmechanismus können Strukturelemente, z.B. Schwergewichtsmauern, eingebunden sein. Die Tragwirkung von Ankern, Nägeln oder Pfählen kann ebenfalls erfaßt werden. Die Möglichkeiten werden durch hier hinterlegte Beispiele anschaulich gemacht.

Die KEM Software wurde von Dr.-Ing. habil. Peter Gussmann erarbeitet und programmiert und wird seit 2011 in enger Kooperation mit Herrn Gussmann vom Lehrstuhl für Bodenmechanik, Grundbau und Umweltgeotechnik der Ruhr-Universität Bochum gepflegt und weiter entwickelt. Die Software ist auf Windows 9x/ NT/ XP & Windows 7, 8, 10 Plattformen lauffähig und liegt als Vollversion, Demoversion und Studentenversion vor.

Eigenschaften

  • Konstruktionselemente: beliebige Schichtungen, Wasserspiegel, Oberflächen und Einzellasten, Anker und Nägel
  • Elemente können automatisch oder individuell generiert werden
  • Optimierung der massgebenden Geometrie durch leistungsfähige Algorithmen
  • Visuelle Kontrollmöglichkeiten sowie digitale Ausgabe der Ergebnisse
  • Grafische Ausgabe der variierten KEM- Geometrie, der Kinematik oder des Kraftecks
  • Jede Zeichnung kann als Bilddatei *.emf abgespeichert und weiterverarbeitet werden
  • Symbolleiste, Quickinfos und Menüanzeigen in der Statusleiste
  • Demonstration der Anwendungsmöglichkeiten durch mehr als 40 Beispiele
  • Wahlweise kann die Standsicherheit einer Böschung nach dem Verfahren von "Janbu" berechnet werden
  • Simulation von 3D- Effekten über Flankenkräfte

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Veröffentlichungen zur KEM

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Beispiele zur KEM

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