Stützungen Steifen & Anker

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1 Stützungen Steifen & Anker Dipl.-Ing. Robert Höppner Geotechnik II Vorlesung 8,

2 -2- Inhalt 1. Nachgiebigkeit der Stützungen anzusetzender Erddruck 2. Steifen 3. Verankerungen 4. Statische Nachweise 5. Entwurfsprinzipien und Beachtenswertes bei Stützungen 6. Aktuelle Regelwerke 7. Literatur

3 -3-1. Nachgiebigkeit der Stützungen anzusetzender Erddruck 1.1 nach DIN 4085: , Tabelle A.3

4 -4-1. Nachgiebigkeit der Stützungen anzusetzender Erddruck zu 1.1 nach DIN 4085: , Tabelle A.3

5 -5-1. Nachgiebigkeit der Stützungen anzusetzender Erddruck 1.2 nach EAB 2012, EB nachgiebig gestützt:, wenn die Auflagerpunkte der Wand stark nachgeben können, wenig nachgiebig gestützt: bei stark geneigter Abstützung zur Baugrubensohle hin bei nicht oder nur gering vorgespannten Ankern) mindestens kraftschlüssig verkeilte Steifen Vorspannung bei Verpressankern auf mindestens 80% der charakteristischen Beanspruchung 4. annähernd unnachgiebig gestützt: Bemessung mit erhöht aktivem Erddruck nach EAB 2012, EB 22, 1 Vorspannung und Festlegung der Steifen und Anker nach EAB 2012, EB 22, 10.) Vorspannung der Steifen und Anker in jedem Bauzustand auf die neuen rechnerischen charakteristischen Lasten ist NICHT erforderlich Vorspannung und Festlegung der Steifen und Anker auf die charakteristischen Stützkräfte des Vollaushubzustands i.d.r. ausreichend Nachspannen bei Rückbauzuständen auf ggf. höhere Stützkräfte kann i.a. entfallen

6 -6-1. Nachgiebigkeit der Stützungen anzusetzender Erddruck zu 1.2 nach EAB 2012, EB 67 (d) unnachgiebig gestützt:, wenn Baugrubenwände nach EB 23 für einen abgeminderten oder für den vollen Erdruhedruck bemessen und die Stützungen entsprechend vorgespannt werden Sicherstellung, dass bei unplanmässiger Umlagerung zu den oberen Stützungen (Abweichung von der klassischen Erddruckverteilung) diese zumindest die Lasten aus aktivem, umgelagertem Erddruck aufnehmen können zusätzliche Beaufschlagung der charakteristischen Stützlasten (Anker und Steifen) aus der Erdruhedruckberechnung mit Faktor 1,30 Hinsichtlich der Definition der Nachgiebigkeit der Stützungen weicht die EAB 2012 von DIN 4085 ab (Vorab-Festlegung des anzuwendenden Regelwerks erforderlich).

7 -7-2. Steifen 2.1 Ausführungsbeispiel 1 ECE Stadtgalerie Heilbronn dreiecksförmige Baugrube mit gekrümmtem Verlauf im Grundriss überschnittene Bohrpfahlwände Ø 90 cm mit Steckträgerverbau (Rückbau) nahe gelegene Nachbarbebauung in ca. 8 m Entfernung mit Kellergeschossen keine Ankermöglichkeit, Aussteifung erforderlich

8 -8-2. Steifen Aushub unter sehr beengten Verhältnissen unterhalb der Steifen ausreichend große Einbindetiefe des Verbaus für Voraushub mit nicht gestütztem Verbau, damit Baggerbetrieb unterhalb der Aussteifung möglich

9 -9-2. Steifen gerade Gurtung an gekrümmten BPW-Verlauf anpassen Aufnahme der Abtriebskräfte aus im Grundriss schrägen Steifen durch Schubknaggen zur Einleitung in die Bohrpfahlwand

10 Steifen gerade Gurtung an gekrümmten BPW-Verlauf anpassen Kraftschluss zwischen Gurtung und gekrümmter Bohrpfahlwand durch Verfüllung mit Pagel

11 Steifen maximale Stützweiten bis ca. 28 m Zwischenunterstützung (auf Primärstützen gelagert) Stösse der Steifen im Bereich der Momentennullpunkte

12 Steifen 2.2 Ausführungsbeispiel 2 Rheinhafen Dampfkraftwerk Block 8 Bergeschacht für Rohrvorttrieb maximale Baugrubentiefe ca. 19 m Bemessungswasserstand in BS-T ca. 3 m unter GOK überschnittene Bohrpfahlwand Ø 120 cm Kopfbalken und 2 Aussteifungslagen Aussteifung über Eck zum Bergen der Schildmaschine Integration der Gurtung ins spätere Bauwerk

13 Steifen Kopfbalken BxH = 130 x 130 cm² keine zusätzlichen Ecksteifen erforderlich Gurtung der mittleren Lage BxH = 80x80 cm² Steifen der mittleren Lage BxH = 50x50 cm² Gurtung der unteren Lage BxH = 90x90 cm² Steifen der unteren Lage BxH = 65x65 cm²

14 Steifen 2.3 Vorspannung von Steifen (a) Hydraulikpressen / hydraulische Hubzylinder

15 Steifen zu 2.3 (a) Hydraulikpressen Einbau mit 2 Pressen und zusätzlichen Konsolen Presse wird nach dem Spannvorgang ausgebaut relativ teuer hier nicht weiter verfolgt

16 Steifen zu 2.3 Vorspannung von Steifen (b) Kapselpressen Metallische Druckkissen, analog den Druckmesskissen speziell geformte Blechblase, mit außen rundum laufendem Wulst Pressmedium drückt die Kapselpresse membranartig auseinander Druckmedien: Hydrauliköl, Wasser mit Korrosionsschutz nachjustierbar Pressenkraft ständig meßbar wenn die Presse wieder ausgebaut werden soll Zementsuspension keine Nachjustierung möglich wenn Presse im Bauwerk verbleibt

17 Steifen zu 2.3 (b) Kapselpressen Vor- und Nachteile: + Vorspannkraft individuell regulierbar + gleichzeitige Kraftmessung möglich (je nach Druckmedium auch mit automatischer Kraftsteuerung) + sehr leicht, d.h. einfacher Einbau + einfache Bauweise, d.h. sehr günstig - begrenzter Hub (mehrere Pressen hintereinander für große Hubwege) - kein Winkelausgleich - i.d.r. nur einmal verwendbar

18 Steifen zu 2.3 (b) Kapselpressen

19 Steifen zu 2.3 (b) Kapselpressen

20 Steifen 2.4 Bemessung von Steifen nach EAB 2012, EB 52 ACHTUNG: Steifenbemessung IMMER für die Bemessungssituation BS-P (a) anzusetzende Lasten Normalkraft aus der Verbauberechnung Eigenlast g k Verkehrslast q k = 1,0 kn/m Mannlast Q k = 1,0 kn an der ungünstigsten Stelle (keine EAB-Forderung, aber üblich) Verkehrslasten (z.b. bei gleichzeitiger Nutzung als Hilfsbrücke), Anhängelasten zusätzliches Moment aufgrund der Durchbiegung aus g k und q k zusätzliches Moment aus außermittiger Krafteinleitung nach EB 52, 4.) ohne Endzentrierung Walzprofile h / 6 h Profil- / Trägerhöhe Rohrprofile D / 6 D Außendurchmesser mit Endzentrierung 1/6 der Höhe der Kontaktfläche Temperaturerhöhungen Frosteinflüsse (Ausdehnung des Bodens) Ohne genaue Vorgaben der EAB, lediglich Forderung der Berücksichtigung

21 Steifen (b) statische Nachweise Spannungsnachweise für Biegung mit Normalkraft, Querkraft und Vergleichsspannung St 黷 zensystem 1 - Einfeldtr 鋑 er (1) Belastung q k i.d.r. nur bei kurzen Steifen maßgebend Nachweis auf Biegeknicken Nachweis auf Biegedrillknicken (nur bei Walzprofilen) exz = h/6 Q g k N w (g k ) w (q k ) Nachweis auf Beulen bei Walzprofilen i.d.r. durch Einhaltung der maximalen Verhältnisse grenz (b/t) bei Rohrsteifen, wenn Einzellasten eingeleitet werden (Schalenbeulen) (2) anzusetzende Momente M (g k ) M (q k ) M (Q) Bem.: bei Steifen mit Zwischenunterstützung sind die statischen Nachweise nach der entsprechenden Materialnorm zu führen Festlegung der Knicklängen und Ansatz der Schnittgrößen gem. statischem System M (exz) M (wg) M (wq)

22 Steifen (c) Einfluss der Temperatur Berücksichtigung nach EB 52, 7.) nur in folgenden Fällen: bei Langzeitbaustellen (jahreszeitliche Temperaturschwankungen) bei schlanken I-Profilen ohne Knickhalterungen bei relativ unnachgiebigen Widerlagern (z.b. felsiger Boden) Phänomen: Abkühlung Verkürzung der Steife und Abfall der Belastung auf aktiven Erddruck Erwärmung behinderte Ausdehnung der Steife, Weckung eines höheren Erddrucks, zusätzliche Steifennormalkraft aus Dehnungsbehinderung Problem: Bei Ansatz einer Dehnungsbehinderung von 100% (gänzlich unverschiebliche Lager) werden die zusätzliche Normalkraft aus Temperaturbeanspruchung und das Steifenprofil unverhältnismäßig groß, d.h. der Ansatz ist unwirtschaftlich und nicht real.

23 Steifen zu 2.4 (c) Einfluss der Temperatur Lösungsansatz nach BESLER: Nachgiebigkeit der Verbauwand Beaufschlagung der Temperaturnormalkraft aus vollständig behinderter Dehnung mit einem Abminderungsfaktor f T < 1,0 (i.d.r. 0,10 f T 0,70). Berechnung der Steifenverformungen nach Theorie II. Ordnung entgegen Theorie I. Ordnung jetzt auch Verkürzungen der Steife aus Durchbiegung und Auflagerverdrehung Annahme, dass aufgrund der initialen Durchbiegung unter Eigengewicht Längenzunahmen aus Erwärmung in zusätzliche Durchbiegungen umgewandelt werden Für das genaue Verfahren vgl.: Besler, D.: Einfluß von Temperaturerhöhungen auf die Tragfähigkeit von Baugrubensteifen. In: Bautechnik 71 (1994), Heft 9.

24 Verankerungen 3.1 Übersicht der Ankertypen Def.: Anker sind Tragglieder zur Einleitung von Zuglasten in den Baugrund. Die Rückverhängung dieser Zuglasten erfolgt durch Aktivierung eines Erdkörpers als Widerlager. Plattenanker Pfahlbock Nicht weiter betrachtet in dieser Vorlesung Verpressanker Ankerpfahl / Zugpfahl usw.

25 Verankerungen 3.2 Plattenanker Ankerwand / Ankertafel als Widerlager Rundstahlanker als Ankerzugglied weiches System: da Ankerzugglied nicht vorgespannt heute nur noch selten verwendet Aktivierung des passiven Erddrucks an der Ankertafel erst nach einem Mindestmaß an Verschiebungen Versagensbild bei oberflächennaher Ankertafel Versagensbild bei tiefliegender Ankertafel Aktiver & passiver Gleitkeil

26 Verankerungen zu 3.2 Plattenanker Herstellungsoption 1: Einrammen der Ankertafeln und Verlegen der Ankerzugglieder in Gräben Herstellungsoption 2: Einstellen oder Einrammen der Ankertafeln im rückwärtigen Bereich, Verbinden von Verbauwand und Ankerwand mittels Rundstahlankern frei hängend und Auffüllung des Zwischenraums mit geeignetem Bodenmaterial (vgl. Foto)

27 Verankerungen 3.3 Verpressanker Anwendungsbeispiele Abtragung von Zugkräften aus Zeltdachkonstruktionen oder abgespannten Hallendächern Geländesprung- und Böschungssicherung Auftriebssicherung Primärsicherung im Tunnelbau Pfahlprüfungen

28 Verankerungen Komponenten 3 Hauptteile: Stahlzugglied Stahlzugglied: Ankerkopf Verpresskörper zwischen Verpresskörper und Ankerkopf frei beweglich (freie Ankerlänge), d.h. Lasteinleitung in den Baugrund lediglich im Bereich des Verpresskörpers wird i.d.r. nach Erhärten des Verpresskörpers vorgespannt Vorwegnahme der Verformungen keine zusätzlichen Aktivierungsverformungen notwendig, damit der Anker trägt nur Aufnahme von Zugkräften (kein Schubkräfte!) i.d.r. aus zugelassenen Spannstählen oder Betonstählen, Baustähle ebenfalls möglich

29 Verankerungen Ankerkopf: muss die charakteristische Bruchlast des Zuggliedes voll übertragen können unplanmäßige Winkelabweichungen von bis zu 3 dürfen nicht zur Beschädigung des Zugglieds führen (z.b. Kugelkalotte) Ausführungsbeispiele für Ankerköpfe (a) Einstabanker: Mutter und Keilscheiben für Trägerbohlwand (b) Einstabanker: Mutter und Kugelkalotte für Betonwand (c) Bündelspannglied: Keilverankerung und Keilscheiben für Spundwand (d) Bündelspannglied: Muttern und Auflagerplatte mit Mörtelausgleich

30 Verankerungen Verpresskörper: i.d.r: aus Zementmörtel nach DIN 1164 bzw. DIN EN w/z-werte: 0,38 0,50, in bindigen Böden 0,40 (keine Wasserabfilterung möglich) keine Verwendung bei starker Betonaggressivität des Grundwassers nach DIN 4130! Lastabtrag vom Verpresskörper in den umgebenden Boden über Mantelfläche

31 Verankerungen 2 unterschiedliche Arten der Kraftübertragung vom Zugglied in den Verpresskörper: (a) Verbundanker: Kraftübertragung von vorne nach hinten Zugrisse im Verpresskörper aufgrund der Stahldehnung (b) Druckrohranker / Duplexanker: Kraftübertrag über ein am erdseitigen Ende des Verpresskörpers mit dem Zugglied verbundenes Stahlrohr von hinten nach vorne Beanspruchung des Verpresskörpers auf Druck

32 Verankerungen Korrosionsschutz vielfache Einflüsse für Korrosion (Aggressivität von Boden, Wasser und Atmosphäre, Grundwasserspiegel, Stahlsorte, etc.) Unterscheidung hinsichtlich der geplanten Einsatzdauer und des Korrosionsschutzes zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit über die Lebensdauer (a) Temporäranker / Kurzzeitanker Einsatzdauer 2 Jahre Einfacher Korrosionsschutz: Schutz des Stahlzugglieds im Bereich der freien Ankerlänge durch ein Kunststoffhüllrohr Schutz des Stahlzugglieds im Bereich des Verpresskörpers durch eine allseitige Zementsteinüberdeckung von 10 mm (DIN EN 1537) Schutz des Übergangs Ankerkopf freie Ankerlänge durch einen Rohrstutzen (Abdichtung und Verfüllung mit Korrosionsschutzmasse bei Verlängerung der Einsatzdauer) Schutz des Ankerkopfs durch eine Schutzkappe oder eine Beschichtung mit Korrosionsschutzmasse

33 Verankerungen zu (a) Temporäranker Beispiel Temporäranker der Fa. Suspa-DSI (

34 Verankerungen (b) Daueranker / Permanentanker Einsatzdauer > 2 Jahre Doppelter Korrosionsschutz: Einbettung des Stahlzugglieds in ein Hüllrohr (zumindest im Bereich des Verpresskörpers gerippt), das mit Zementmörtel verpresst ist Überlappung des Hüllrohrs mit dem Dichtrohr (= einbetonierter und beschichteter Stahlrohrstutzen) Verpressung des Dichtrohrs im Übergangsbereich freie Ankerlänge Ankerkopf mit Zementmörtel bzw. Korrosionsschutzmasse Schutz des Ankerkopfs durch abdichtbare und mit Korrosionsschutzmasse gefüllte Schutzkappe Als Daueranker dürfen nur Ankersysteme mit einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung eingesetzt werden!

35 Verankerungen zu (b) Daueranker Beispiel Daueranker der Fa. Suspa-DSI (

36 Verankerungen 3.4 Ankerherstellung Herstellen des Bohrlochs Nachverpressen des Ankers Einführen des Ankerzugglieds + Füllen des Bohrlochs mit Zementleim Prüfen und Festlegen des Ankers Ziehen des Bohrgestänges + Verpressung fertiger Verpressanker

37 Verankerungen Herstellen des Bohrlochs Bohrlochdurchmesser i.d.r. im Bereich 80 mm Bohr-Ø 150 mm Neigungen: in vertikaler Richtung i.d.r. 10 (horizontale und nach oben geneigte Anker sind schwierig herzustellen) Bohrlängen i.d.r. bis ca. 40 m, allerdings bereits ca. 80 m lange Bohrungen hergstellt Achtung: zunehmende Bohrabweichung mit der Länge (Neigungstoleranz + zunehemnde Abweichung nach unten durch Gewicht des Bohrgestänges analog Kragarm) Toleranzen nach DIN EN 1537, 8.1.1: 75 mm im Ansatzpunkt, ± 2 in der Neigung Achtung: bei Ankerkreuzungen, Mindestachsabstand im Bereich der freien Ankerlänge Bohrverfahren in Abhängigkeit des anstehenden Bodens wählen ACHTUNG: bei Bohrungen gegen drückendes Wasser kann es zu Erosionserscheinungen und Setzungen kommen, wenn ein Ausspülen des Bodenmaterials nicht verhindert wird Bohren mit Preventer

38 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs Ankerherstellung mit Neigung nach oben (Abdichtung mittels Packer) Übliche Ankerbohrverfahren und ihre Anwendbarkeit in Abhängigkeit des anstehenden Bodens

39 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs (a) Rammbohrung, Drehschlagbohren mit Außenhammer produktivstes Verfahren in locker bis mitteldicht gelagerten nichtbindigen Böden und weichen bindigen Böden drehendes Einrammen der Verrohrung (hier nicht dargestellt) mit dem Außenhammer Lösen und teilweise Verdrängung des Bodens durch Schlagenergie des Hammers und Rotation des Gestänges reine Rammbohrungen selten, meistens Unterstützung der Bohrgutförderung durch Bentonitoder Wasserspülung Bohrkrone ist verloren und verbleibt im Boden

40 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs (b) Drehschlagbohren mit Senkhammer / Imlochhammer Luftspülung ist gleichzeitig Antrieb des Hammers und zur Bohrgutförderung Schlagenergie wirkt direkt am Bohrlochtiefsten, d.h. keine Dämpfung durch ein Gestänge sehr effizient für harten Fels

41 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs (c) Überlagerungsbohrung inneres und äußeres Gestänge mit gemeinsamem Spülkopf werden in gleichsinnige Rotation versetzt Außenhammer wirkt sowohl auf das Innen- als auch auf das Außengestänge Spülfluss zur Bohrkrone über das Innengestänge, Rückfluss im Ringspalt zwischen Innenund Außengestänge in nahezu allen Bodenarten einsetzbar

42 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs (d) Doppelkopfbohrverfahren inneres und äußeres Gestänge werden jeweils durch einen eigenen Motor in gegenläufige Rotation versetzt, relavive Verschiebung ist möglich Drehschlaghammer nur auf das Innengestänge zuschaltbar Spülfluss zur Bohrkrone über das Innengestänge, Rückfluss im Ringspalt zwischen Innen- und Außengestänge in nahezu allen Bodenarten einsetzbar sehr präzises Verfahren mit Bohrabweichungen < 1% aufgrund der gegenläufigen Rotation

43 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs (e) Schneckenbohrverfahren unverrohrte Herstellung nur in standfesten bindigen Böden möglich wirtschaftlichstes Verfahren wenn einsetzbar Unterstützung des Bohrfortschritts durch Lüftspülung entgegen der Tabelle möglich

44 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs Ankerbohrgerät Platzbedarf für Ankereinbringung beachten (z.b. ausspringende Baugrubenbereiche)

45 Verankerungen zu Herstellen des Bohrlochs Bohrgerät mit Magazin Bohrgerät ohne Magazin

46 Verankerungen Einbau, Verpressen und Nachverpressen gleichzeitiges Ziehen des Bohrrohrs unverrohrte Bohrung in bindigen Böden Alternativ zu c) Begrenzung der Verpresskörperlänge durch Packer (bei aufwärts geneigten Ankern immer Packer)

47 Verankerungen zu Einbau, Verpressen und Nachverpressen zu Bild (f) - Nachverpressen allgemein zur Steigerung der Tragfähigkeit des Verpresskörpers in bindigen und wenig tragfähigen nichtbindigen Böden v.a. bei bindigen Böden Aufweichungen durch Spülmedium während des Bohrens Ausgleich des Tragfähigkeitsverlusts (Kriechverformungen über die Zeit) durch Nachverpressen

48 Verankerungen zu Einbau, Verpressen und Nachverpressen zu Bild (f) - Nachverpressen Einpressen von Zementsuspension in den erhärteten Zement der Erstverfüllung über Nachverpressrohre Aufsprengen des schon erhärteten Verpresskörpers (mit höherem Druck als für Verpressvorgang) Verzahnung/ Verspannung mit dem umgebenden Boden Tragkrafterhöhung bis ca. 30% möglich in bindigen Böden: 2-fache Nachverpressung = Stand der Technik mehrfaches Nachverpressen mit geringen Zementmenge ist günstiger als einmaliges Verpressen großer Mengen an Zement Nachverpressen erfolgt i.d.r. einen Tag nach Erstverpressung

49 Verankerungen Ankerprüfungen

50 Verankerungen zu Ankerprüfungen

51 Verankerungen zu Ankerprüfungen Problem: Das Tragverhalten von Verpreßankern kann nicht abgesichert vor Bauausführung berechnet werden. Ziel der Ankerprüfungen: Bestätigung der Ankertragfähigkeit Einhaltung des zulässigen Kriechmaßes Ermittlung der rechnerischen freien Stahllänge DIN EN sieht 3 unterschiedliche Ankerprüfungen vor. (a) Untersuchungsprüfung / Systemprüfung max P In Böden, in denen keine Erfahrungen mit Ankern bzw. nur Erfahrung mit bedeutend geringeren Ankerlasten vorliegen Bestätigung der Eignung eines Ankersystems Belastung bis zum Bruch (Bruchkraft R a durch Kriechmaß k s = 2 mm definiert) oder bis zur Prüfkraft P P (maximal die Grenztragfähigkeit des Stahlzugglieds) P 0,8 Ptk 0,8 At ftk min 0,95 Pt 0,1k 0, 95 At f t0,1k P tk f tk charakteristische Bruchkraft des Stahlglieds charakteristische Zugfestigkeit des Stahlglieds P t0,1k Tragkraft bei der Spannung f t0,1k f t0,1k charakteristische Spannung bei 0,1% bleibender Dehnung

52 Verankerungen zu Ankerprüfungen (b) Eignungsprüfung Bestätigung der Erfahrungen aus Untersuchungsprüfungen (Tragfähigkeit bei der Prüfkraft, Einhaltung des zulässigen Kriechmaßes bzw. des Spannkraftabfalls) Festlegung von Abnahmekriterien (zulässiges Kriechmaß bzw. Spannkraftabfall) für die Abnahmeprüfungen wenn keine Untersuchungsprüfungen vorliegen an mindestens 3 Ankern durchzuführen, die wie die Bauwerksanker hergestellt werden (befinden sich Bauwerksanker in unterschiedlichen Bodenschichten, so sind je Schicht 3 Eignungsprüfungen auszuführen) Prüfkraft nach DIN , zu 8.7 Eignungsprüfungen : P P a Pd P P Prüfkraft bei der Eignungsprüfung a = 1,10 Teilsicherheit für den Herausziehwiderstand von Verpressankern (Achtung: andere Werte für Bodennägel) P d Bemessungswert der Ankerbeanspruchung Mindestprüfkraft nach DIN EN 1537, Anhang E: min P P 1,25 P max Rd 0 P 0 R d Festlegelast äußere Bruchlast = Herausziehwiderstand R a,k

53 Verankerungen zu (b) Eignungsprüfung maximal zulässige Prüfkraft nach DIN 1054, zu : max P P 0,8 At min 0,95 At f tk f t0,1k maximal zulässige Prüfkraft nach DIN EN 1537, Anhang E: max P 0,95 At ft0, 1k (bei Prüfverfahren 1) Ergebnis der Eignungsprüfungen: Herausziehwiderstands R a,k = Minimalwert der 3 Eignungsprüfungen Bemessungswert des Herausziehwiderstand R a, k min R a, k, i R a, d R a, k A R a, k 1,10 Nach DIN 1054, zu 8.7 ist nur das Prüfverfahren 1 gem. DIN EN 1537, Anhang E zulässig (Aufzeichnung der Ankerkopfverschiebung über die Zeit bei konstant gehaltenen Laststufen)

54 Verankerungen zu Ankerprüfungen (c) Abnahmeprüfung Durchführung für JEDEN Anker Nachweis, dass die Prüfkraft vom Anker aufgenommen werden kann Bestimmung der rechnerisch freien Stahllänge ggf. Bestimmung des Kriech- oder Kraftabfallmaßes im Gebrauchszustand Prüfkräfte nach DIN 1054, zu 8.8 Abnahmeprüfungen : nur Prüfverfahren 1 gem. DIN EN 1537, Anhang E zulässig bei Temporär- und Dauerankern: maximal zulässige Prüfkraft nach DIN 1054, zu : P P P a d max P P 0,8 At min 0,95 A t f tk f t0,1k Prüfkräfte nach DIN EN 1537, Anhang E: 1,25 P0 P 0,9 Pt 0,1k 0, 9 At ft0, 1k

55 Verankerungen Festlegelasten Vorgabe der Festlegelast P 0 nach EAB bzw. DIN 4085 in Abhängigkeit der Nachgiebigkeit der Stützung, d.h. aus Gebrauchslastkriterien 80% der maßgebenden charakteristischen Ankerkraft bei aktivem Erddruck 100% der maßgebenden charakteristischen Ankerkraft bei erhöht aktivem Erddruck oder Erdruhedruck Regelungen zur Festlegelast nach DIN EN 1537, D.4: Gleichzeitig soll P 0 so gewählt werden, dass für die Ankerkraft P während der gesamten Nutzungsdauer gilt: P 0 0,6 Pt, k 0, 6 At ft, k P 0,65 P t, k

56 Verankerungen 3.5 Abschätzung des Herausziehwiderstands aufgrund von Erfahrungswerten (a) nichtbindige Böden Ankertragfähigkeit ab ca. ca. 4 m Tiefe unabhängig vom Überlagerungsdruck in grobkörnigen Böden Verspannungseffekt durch Dilatanz (Volumenvergrößerung unter Einwirkung von Scherkräften) und Verpressdrücke Zunahme der Bruchlast mit zunehmender Lagerungsdichte D mit zunehmender Ungleichförmigkeit und mittlerem Korndurchmesser

57 Verankerungen zu 3.5 Herausziehwiderstand aus Erfahrungswerten nichtbindige Böden unterproportionale Zunahme der Bruchlast mit zunehmender Verpresskörperlänge Einfluss des Verpresskörperdurchmesser im Bereich 100 mm Ø 150 mm vernachlässigbar

58 Verankerungen zu 3.5 Herausziehwiderstand aus Erfahrungswerten nichtbindige Böden

59 Verankerungen zu 3.5 Herausziehwiderstand aus Erfahrungswerten (b) bindige Böden die Grenzmantelreibung t M nimmt mit abnehmender Plastizität und zunehmender Konsistenz zu Die mittlere Mantelreibung ist unterhalb von 100 kn/m²unabhängig von der Lasteinleitungslänge l 0, oberhalb von 100 kn/m²nimmt die Mantelreibung unterproportional mit l 0 zu. Einfluss des Verpresskörperdurchmesser im Bereich 100 mm Ø 150 mm vernachlässigbar starke Steigerung der Mantelreibung durch mehrfaches Nachverpressen (ähnlich Dübelwirkung, d.h. Verspannung des Verpresskörpers mit dem Erdreich) Plastizität I P = w L w P Empfindlichkeit des Bodens gegenüber Wassergehaltsänderungen Konsistenz I C = (w L w) / (w L w P ) Verformbarkeit von bindigen Böden

60 Verankerungen zu 3.5 Herausziehwiderstand aus Erfahrungswerten bindige Böden mit 2-facher Nachverpressung ohne Packer ohne Nachverpressung

61 Verankerungen 3.6 Unterschied Verpressanker - Bodennagel freie Ankerlänge Lasteinleitung nur im Bereich des Verpresskörpers Vorwegnahme der Verformungen durch Vorspannung Umhüllung mit Zementleim über die volle Länge Lasteinleitung über die gesamte Länge Umkehr der Schubkräfte T(X) im Bereich der Gleitfuge Schlaffes Bewehrungselement, keine Vorspannung

62 Statische Nachweise 4.1 Bruchmechanismen 1) 2a) Herausziehwiderstand (Aufbruch des Verankerungsbodens) maßgebend Überschneidung des aktiven Gleitkeils der Verbauwand mit dem passiven Gleitkeil der Ankerwand (kombinierter Bruch) 2b) 2c) tiefe Gleitfuge lineare Annäherung

63 Statische Nachweise zu 4.1 Bruchmechanismen 1) 2a) Ankerstablänge mehr als ausreichend Gefahr der tiefen Gleitfuge 2b) 2c) tiefe Gleitfuge lineare Annäherung

64 Statische Nachweise 4.2 äußere Standsicherheit Aufbruch des Verankerungsbodens bei Plattenankern Nachweise analog der Standsicherheit von Baugrubenwänden unter Berücksichtigung der Ankerkraft als äußere Einwirkung Nachweis des horizontalen Gleichgewichts (Versagen des Erdwiderlagers) Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands (gewählter passiver Neigungswinkel d p zulässig?) ggf. Nachweis des Versinkens (nur bei großen, abwärts gerichteten resultierenden Kräften) Versagensform bei oberflächennahen Ankerwänden = Ausbildung eines passiven Gleitkeils vor der Ankerwand Ansatz von Verkehrslasten nur hinter der Ankerwand auf der aktiven Seite A d p = 0 d a = 2/3 E ph E ah

65 Statische Nachweise zu i.d.r. mittige Anordnung des Ankerzugglieds an der Ankerwand bei Hindernissen im Baugrund (Kanäle, Leitungen, etc.): Anschluss der Ankerzugglieder im Kopfbereich der Ankerwand (vgl. EAU, E 152) Aufbruch des Verankerungsbodens bei Plattenankern Nachweis der Ankerwand als eingespannte Spundwand (Ankerkraft als äußere Belastung) gemäß dem Lastansatz von BLUM Rammtiefenzuschlag nicht vergessen

66 Statische Nachweise Herausziehwiderstand bei Verpressankern während der Vorbemessung (= Option 1) Ermittlung der Bruchlast/ des Herausziehwiderstands anhand der Diagramme nach OSTERMAYER ggf. Angabe der Ankergrenztragfähigkeit aus Bodengutachten (i.d.r. auch nur Abschätzung der Ankertragfähigkeit aufgrund der Ostermayer-Diagramme) Option 2 = Abschätzung der Bruchlast aufgrund von Erfahrungswerten (was traut sich der Ankerhersteller in den vorliegenden Böden zu?) und Rückrechnung auf maximal zulässigen Designwert R a,d Bestätigung der abgeschätzten Widerstände durch die Eignungsprüfungen

67 Statische Nachweise Nachweis der tiefen Gleitfuge (ausreichende Ankerlänge) (a) Modellvorstellung: zusammenhängender Bodenblock, der im Bruchzustand auf einer nach oben gekrümmten Gleitfläche abrutscht und sich um einen tiefgelegenen Punkt dreht Überführung in einen trapezförmigen Bodenkörper Fußpunkt der tiefen Gleitfuge = Unterkante bei frei aufgelagerten Verbauwänden bzw. Querkraftnullpunkt bei eingespannten Verbauwänden Rückwärtige Begrenzung des untersuchten Bruchkörpers: bei durchgehenden Ankerwänden: senkrechte Ebene vom Fuß der Ankerwand bis zur Geländeoberfläche bei einzelnen Ankerplatten: vertikale Ersatzankerwand um den halben horizontalen Ankerabstand vor die Ankerplatte versetzt bei Verpressankern, Verpresspfählen und Rammpfählen: vertikale Ersatzankerwand ausgehend von der Mitte der Krafteinleitungsstrecke (Voraussetzung: horizontaler Ankerabstand a h 4 m, sonst Verschiebung innerhalb des Verpresskörpers in Richtung Baugrube)

68 Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge (b) Rechenmodell: P 1,k P 2,k Freischnitt des Bruchkörpers (Begrenzung = unmittelbar hinter der Verbauwand, tiefe Gleitfuge und Ersatzankerwand) Berechnung der Erddruckkraft E a1,k : mit den gleichen Lastansätzen wie die Verbauberechnung, d.h. ggf. erhöht aktiv bzw. sogar Erdruhedruck (vgl. EAB, EB 44, 11.b) stets mit Berücksichtigung der rückwärtigen Nutzlasten bei Verpressankern und Zugpfählen mit d a1 = b bei Ankerwänden mit d a1 = 2/3 φ

69 Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge (b) Rechenmodell: Freischnitt des Bruchkörpers und angreifende Kräfte P 1,k P 2,k E a1,k E a1,k

70 Statische Nachweise zu Berücksichtigung der veränderlichen Einwirkung P k : Nachweis der tiefen Gleitfuge P 1,k = Nutzlastanteil, der innerhalb des aktiven Gleitkeils liegt (Begrenzung durch Gleitfläche unter J a,k ; immer ansetzen!) P 2,k = Nutzlastanteil im übrigen Bereich der Geländeoberfläche von aktiven Gleitkeil bis zur Ersatzankerwand (nur ansetzen, wenn Winkel der tiefen Gleitfuge J > φ k ) Kohäsionskraft K k = c k L (L = Länge der tiefen Gleitfuge mit Kohäsion) 2 Unbekannte: Reaktionskraft Q k in der tiefen Gleitfuge + mögliche Ankerkraft A mögl,k Lösung am Krafteck oder analytisch Nachweis im Grenzzustand GEO-2: Verweis nach DIN1054 zu auf EAB und EAU A vorh, d T Am 鰃 l, d T = 1,0 Verpressanker, Ankerpfähle, aus Verbauberechnung: T = 0,75 Ankerwände, Ankerplatten maximal mögliche Ankerkraft aus tiefer Gleitfuge : ggf. Abminderung, wenn horizontaler Ankerabstand a h größer als die halbe Krafteinleitungsstrecke l r : A vorh, d Avorh, G, k G Avorh, Q, k A m 鰃 l, d Am 鰃 l, k / R, e A m 鰃 l, red, k A m 鰃 l, k 2 a l h r Q

71 Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge Bemerkungen zum Nachweis im Grenzzustand GEO-2: Nach EAB, EB 44, 11c) gilt: bei Ansatz des aktiven Erddruck E a in der Verbauberechnung: Nachweis für die Bemessungssituation BS-T (ehemals Lastfall LF 2) zulässig bei Erdruhedruckansatz E 0 in der Verbauberechnung: Nachweis für die Bemessungssituation BS-P (ehemals Lastfall LF 1) bei erhöht aktivem Erddruckansatz: Interpolation der Teilsicherheitsbeiwerte zwischen BS-P und BS-T Unabhängig vom Lastfall der Verbauberechnung wird empfohlen, den Nachweis mit den Teilsicherheitsbeiwerten für die Bemessungssituation BS-P zu führen. Der Nachweis ist für alle Bauzustände und alle Ankerlagen zu führen.

72 Ansatz der Erddruckkräfte an den Trennschnitten parallel zur Oberfläche Geotechnik II - Vorlesung 9: Stützungen Steifen & Anker Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge (c) Vorgehen bei geschichtetem Baugrund Unterteilung des Bodenkörpers durch gedachte vertikale Trennschnitte, die durch die Schnittpunkte der Schichtgrenzen mit der tiefen Gleitfuge verlaufen Lösung der Gleichgewichtsbedingungen für alle Teilkörper nacheinander ( von links nach rechts, da Interaktionskräfte E 21,k und U 21,k bestimmt werden müssen)

73 Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge (d) Vorgehen bei 2 Ankerlagen Gleitkörper für jeden Anker einzeichnen und Kräfte freischneiden jene Ankerkräfte als Belastung A vorh,d berücksichtigen, deren Krafteinleitungslänge innerhalb des Bruchkörpers liegt (einfacher Schnitt des Ankerglieds vor der Krafteinleitung)

74 Statische Nachweise zu Nachweis der tiefen Gleitfuge Beispiel: oberer Anker kürzer als unterer Anker Nachweis der oberen Ankerlage ohne die Kräfte der unteren Ankerlage (2-facher Schnitt = keine Krafteinleitung in Bruchkörper) Nachweis der unteren Lage unter Berücksichtigung der Kräfte der oberen Lage A vorh, 1, d T Am 鰃 l,1, d A vorh, 1, d Avorh,2, d T ( Am 鰃 l,1, d Am 鰃 l,2, d )

75 Statische Nachweise 4.3 innere Standsicherheit Nachweis des Stahlzugglieds, des Ankerkopfbereichs (i.d.r. durch Zulassung abgedeckt) und des Lasteinleitungsbereichs (z.b. Durchstanzen bei Dauerankern, etc.) Nachweis des Stahlzugglieds: R R t, k At ft0,1 k f t0,1k charakteristische Spannung bei 0,1% bleibender t, d R t, k M Dehnung M = 1,15 bei Verpressankern nach DIN 1054, Tabelle A 2.3 Bemerkungen: zusätzlich zum Nachweis des Stahlzugglieds in allen Aushubzuständen ist der Nachweis der Einhaltung der zulässigen Prüfkräfte zu erbringen Nach DIN 1054:2010, A A(5) ist der Nachweis der inneren Standsicherheit von Verpressankern im Vollaushubzustand stets mit den Teilsicherheitsbeiwerten für BS-P zu führen, auch wenn die Verbauberechnung für BS-T durchgeführt wurde. Abgleich der Ankerkräfte aus Zwischenaushubzuständen (nach BS-T beaufschlagt) mit den gem. BS-P beaufschlagten Ankerkräften des Vollaushubzustands

76 Entwurfsprinzipien und Beachtenswertes bei Stützungen 5.1 Allgemeines Anordnung der Stützungen, so dass die Beeinträchtigungen im Bauablauf möglichst gering sind bzw. die Rückbauzuständen nicht maßgebend werden Anordnung der Stützungen - v.a. von Steifen oberhalb von Geschossdecken (Stützung im Rückbau durch Geschossdecke) Zuerst den Bauablauf überlegen, einschl. des Einflusses auf spätere Gewerke!!! 5.2 Entwurfsregeln für Anker Freie Ankerlänge 5,0 m, Horizontaler Ankerabstand a h 1,50 m (ggf. Spreizung) Verpresskörper NIE im Bereich von Schichtgrenzen Mindestüberdeckung zur Geländeoberfläche 4,0 m Mindestabstand zu Bestandsbauwerken oder Leitungen 3,0 m Ggf. Verlängerung jedes 2. Ankers unter Bauwerken (Staffelung), damit die auf der Rückseite der Ankerwand kein Riss entsteht Ankerneigung aus Herstellungsgründen 10, aus Gründen der Tragfähigkeit Bei vorspringenden Ecken: keine Ankeranordnung innerhalb des aktiven Gleitkeils der parallel verlaufenden Wand Ausreichende Achsabstände unter Berücksichtigung der Herstellungstoleranzen

77 Entwurfsprinzipien und Beachtenswertes bei Stützungen zu 5.2 Entwurfsregeln für Anker

78 Entwurfsprinzipien und Beachtenswertes bei Stützungen zu 5.2 Entwurfsregeln für Anker Olgahospital Stuttgart Vorspringende Ecke Anker einfädeln

79 Literatur [1] Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben EAB. 4. Auflage, Berlin, Ernst & Sohn, [2] Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Häfen und Wasserstraßen EAU Auflage, Berlin, Ernst & Sohn, [3] Kempfert, H.G. / Raithel, M.: Bodenmechanik und Grundbau, Band 2: Grundbau. 2. Auflage, Berlin, Bauwerk Verlag GmbH, [4] Möller, Gerd: Geotechnik Grundbau, 1. Auflage, Berlin, Ernst & Sohn, [5] Ostermayer, H.: Verpreßanker. In: Smoltczyk, U.: Grundbau-Taschenbuch, Teil Auflage, Berlin, Ernst & Sohn, [6] ThyssenKrupp GfT Bautechnik: Spundwandhandbuch Berechnung, Februar (kostenloser Download unter ) [7] Ziegler, M.: Geotechnische Nachweise nach DIN 1054 Einführung mit Beispielen. 2. Auflage, Berlin, Ernst & Sohn, 2006.

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