Prüfung von Ankern, Nägeln und Mikropfählen nach Einführung der neuen Normen

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1 Technische Akademie Esslingen Bauen in Boden und Fels Ostfildern, 15. Januar 2014 Prüfung von Ankern, Nägeln und Mikropfählen nach Einführung der en Normen Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christian Moormann Direktor des Instituts für Geotechnik der Universität Stuttgart IGS Sachverständiger für Erdbau, Grundbau, Felsbau sowie Speziiefbau Dipl.-Ing. Stefan Crienitz Dipl.-Ing. Stephan Ries Institut für Geotechnik der Universität Stuttgart IGS Universität Stuttgart Institut für Geotechnik Pfaffenwaldring Stuttgart Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Inh Prüfung von Ankern, Nägeln und Mikropfählen nach Einführung der en Normen 1 Neue und e Normen 2 Prüfung von Verpressankern 3 Prüfung von Nägeln 4 Prüfung von Mikropfählen 5 Resümee 2, TAE

2 1) Neue und e Normen Verpressanker: Normative Regelungen e Regelung e Regelung seit 2012 Bemessung + Zahl der Prüfungen und Höhe der Prüfkraft Herstellung DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau DIN 4125: Kurzzeitanker und Daueranker DIN EN : , DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054/A1: * Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Normenhandbuch EC 7, Band 1 + Änderung * DIN EN 1537: , DIN EN 1537 Berichtigung 1: , DIN SPEC 18537: Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Verpressanker Prüfung (Durchführung & Bewertung) DIN 4125: Kurzzeitanker und Daueranker DIN EN 1537: , DIN EN 1537 Berichtigung 1: , DIN SPEC 18537: Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Verpressanker 3 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar ) Neue und e Normen Verpressanker: Normative Regelungen e Regelung e Regelung seit 2012 DIN EN : , Bemessung DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise Zahl der Prüfungen e Version: DIN 1054/A1: * und Höhe der Prüfkraft im Erd- und Grundbau DIN EN 1537: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau erschienen, aber bauaufsichtlich nicht eingeführt DIN EN 1537: , DIN 4125: DIN EN 1537 Berichtigung 1: , Herstellung DIN SPEC 18537: Kurzzeitanker und Daueranker Normenhandbuch EC 7, Band 1 + Änderung * Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Verpressanker Prüfung (Durchführung & Bewertung) in Zukunft: DIN EN ISO DIN : reine Prüfnorm Kurzzeitanker für Anker, und Daueranker noch in Bearbeitung DIN EN 1537: , DIN EN 1537 Berichtigung 1: , DIN SPEC 18537: Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Verpressanker 4 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar

3 1) Neue und e Normen Nägel: Normative Regelungen e Regelung e Regelung seit 2012 Bemessung Herstellung DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems keine normative Regelung DIN EN : , DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054/A1: * Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Normenhandbuch EC 7, Band 1 + Änderung * Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems DIN EN 14490: (bauaufsichtl.nicht eingeführt!) Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) - Bodenvernagelung Prüfungen (Durchführung & Bewertung) einschließlich Zahl der Prüfungen und Höhe der Prüfkraft Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems keine normative Regelung Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems DIN EN 14490: (bauaufsichtl.nicht eingeführt!) Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) - Bodenvernagelung 5 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar ) Neue und e Normen Nägel: Normative Regelungen e Regelung e Regelung seit 2012 Bemessung Herstellung DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems keine normative Regelung DIN EN : , DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054/A1: * Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Normenhandbuch EC 7, Band 1 + Änderung * Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems DIN EN 14490: (bauaufsichtl.nicht eingeführt!) Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) - Bodenvernagelung Prüfungen in Zukunft: (Durchführung DIN EN ISO Allgemeine bauaufsichtliche & Bewertung) Zulassung des Nagelsystems einschließlich reine Prüfnorm für Nägel, Zahl der Prüfungen keine normative Regelung noch in Bearbeitung und Höhe der Prüfkraft Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems DIN EN 14490: (bauaufsichtl.nicht (Bauaufsichtl.nicht eingeführt!) Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) - Bodenvernagelung 6 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar

4 1) Neue und e Normen Mikropfähle: Normative Regelungen Bemessung + Zahl der Prüfungen und Höhe der Prüfkraft Herstellung e Regelung e Regelung seit 2012 DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau DIN 4128: Verpresspfähle mit kleinem Durchmesser DIN EN : , DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054/A1: * Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau DIN EN 14199: , DIN SPEC 18539: Normenhandbuch Eurocode 7, Bd 1 + Änderung * Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Pfähle mit kleinem Durchmesser (Mikropfähle) Probebelastung (Durchführung & Bewertung) normativ nicht geregelt! Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle (EA-Pfähle) und/oder DIN 4125: Kurzzeitanker und Daueranker Normenhandbuch EC 7 + DIN 1054/A1: normativ nicht umfassend geregelt! aber Verweis auf EA-Pfähle (2. Auflage) Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle 7 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar ) Neue und e Normen Mikropfähle: Normative Regelungen Bemessung + Zahl der Prüfungen und Höhe der Prüfkraft Herstellung e Regelung e Regelung seit 2012 DIN 1054: Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau DIN 4128: Verpresspfähle mit kleinem Durchmesser DIN EN : , DIN EN /NA: DIN 1054: DIN 1054/A1: * Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau DIN EN 14199: , DIN SPEC 18539: Normenhandbuch Eurocode 7, Bd 1 + Änderung * Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Speziiefbau) Pfähle mit kleinem Durchmesser (Mikropfähle) in Zukunft: normativ nicht geregelt! DIN EN ISO Probebelastung Empfehlungen des Arbeitskreises (Durchführung reine Prüfnorm für statische & Bewertung) Pfähle (EA-Pfähle) und/oder Pfahlprobebelastungen, DIN 4125: noch in Bearbeitung Kurzzeitanker und Daueranker Normenhandbuch EC 7 + DIN 1054/A1: normativ nicht umfassend geregelt! aber Verweis auf EA-Pfähle (2. Auflage) Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle 8 9. TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar

5 Arten von Prüfungen DIN 4125 Grundsatzprüfung durch Ankerhersteller und sachverständiges Institut DIN EN 1537, DIN SPEC Ziel und Zeitpunkt der Prüfung - Zulassung des Ankersystems vor den Ankerarbeiten - Untersuchungsprüfung, Überwachung durch PÜZ-Stelle Ermittlung des Tragverhens bis zum Versagen des Ankers vor den Ankerarbeiten - Herstellungsüberwachung (Einbau), stichprobenartige Überwachung Überwachung der Herstellung während der Ankerarbeiten durch PÜZ-Stelle bei Dauerankern Eignungsprüfung, Eignungsprüfung, Nachweis der Tragfähigkeit bis P p unter PÜZ-Stelle: nach Landesbauordnung baurechtlich für die Überwachung Überwachung durch Überwachung Einhung des Kriechmaßkriteriums des Einbaus von Verpressankern anerkannte Stelle sachverständiges Institut durch PÜZ-Stelle bei Dauerankern und der Grenzen für die freie Stahllänge vor und während den Ankerarbeiten Abnahmeprüfung durch Speziiefbaufirma Ankernachprüfung Abnahmeprüfung durch Speziiefbaufirma, stichprobenartige Überwachung durch PÜZ-Stelle bei Dauerankern Ankernachprüfung durch PÜZ-Stelle Nachweis der Tragfähigkeit bis P p unter Einhung der Abnahmekriterien während der Ankerarbeiten Kontrolle bei erwarteten Verformungen des Systems Anker/Bauwerk/Baugrund nach den Ankerarbeiten 11, TAE Typischer Versuchsaufbau Prüfung der Kraftübertragung in den Baugrund durch Eignungsprüfung oder Abnahmeprüfung alle Anker werden geprüft! bar kn Messgrößen: Ankerkraft [kn] und zugehörige Ankerkopfverschiebung [mm] Hydraulikpumpe oder Lastkonstanthegerät Anzeigegerät für Kraftmessdose 12, TAE

6 Bezeichnungen Ankerlänge l A - Freie Stahllänge l fs L tf Verankerungslänge des Zugglieds l v L tb Freie Ankerlänge l fa L free Krafteintragungslänge l 0 L fixed Stahlüberstand beim Prüfen (l ü) L e Prüfkraft F p P p Vorbelastung F i P a Messgenauigkeit und Eignungsprüfung Abnahmeprüfung Kraft 1% des Endwerts 5% des Endwerts Verschiebung 1/100 mm 1/100 mm Gebrauchskraft bzw. charakteristische Kraft Bemessungswert der Ankerbeanspruchung Grenzkraft bzw. äußerer Herausziehwiderstand Niedrigste Grenzkraft bzw. charakt. äußerer Herausziehwiderstand F w P k - P d F K min F k R a R ak Festlegekraft F 0 P o 13, TAE Prüfkraft DIN 4125: Daueranker (LF1): Eignungsprüfung und Abnahmeprüfung F p = 1,5 F w Kurzzeitanker (LF1): Eignungsprüfung: F p = 1,33 F w bei Ansatz des Erdruhedrucks F p = 1,5 F w bei Ansatz des aktiven Erddrucks Abnahmeprüfung F p = 1,25 F w DIN EN 1537: DIN SPEC 18537: Die Höhe der Prüfkraft für Eignungsprüfungen und Abnahmeprüfungen ergibt sich aus dem Bemessungswert der Ankerbeanspruchung zu: P p = a P d = 1,1 P d, d.h. unabhängig von der Art der Prüfung (Eignungsprüfung / Abnahmeprüfung) und von der Art der Anker (Kurzzeitanker / Daueranker). DIN 1054: , Tabelle A 2.3 Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände Herauszieh-Widerstände a BS-P BS-T BS-A Boden- bzw. Felsnägel 1,4 1,3 1,2 Verpresskörper von Verpressankern 1,1 1,1 1,1 Durch das Stahlzugglied vorgegebene Grenzen für die Höhe der Prüfkraft: F p 0,9 A s s P p 0,80 P tk = 0,80 f tk A t und P p 0,95 P t0,1k = 0,95 f t0,1k A t bzw. 0,95 P t0,2k = 0,95 f t0,2k A t. Der kleinere Wert ist maßgebend. 14, TAE

7 Prüfkraft DIN 4125: DIN EN 1537: DIN SPEC 18537: Daueranker (LF1): Eignungsprüfung und Abnahmeprüfung F p = 1,5 F w Kurzzeitanker (LF1): Eignungsprüfung: F p = 1,33 F w bei Ansatz des Erdruhedrucks F p = 1,5 F w bei Ansatz des aktiven Erddrucks Abnahmeprüfung F p = 1,25 F w P p = a P d = 1,1 P d = 1,1 F P k = 1,1 ( G F G;k + Q F Q;k ) Die Statik der Verankerungsmaßnahme ist auf den Baustellen meistens nicht bekannt. Die Ermittlung der Prüfkraft aus der charakteristischen Ankerkraft ist daher i.d.r. nicht möglich. Als Eingangsgröße für die Ankerprüfungen empfiehlt es sich deshalb, den Bemessungswert der Ankerbeanspruchung P d oder direkt die Prüfkraft Pp anzugeben. 15, TAE Prüfkraft DIN 1054: , Tabelle A 2.1 Teilsicherheitsbeiwerte F bzw. E für Einwirkungen und Beanspruchungen STR und GEO-2: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken, Bauteilen und Baugrund BS-P BS-T BS-A Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen allgemein G 1,35 1,20 1,10 Beanspruchungen aus günstigen ständigen Einwirkungen G,inf 1,00 1,00 1,00 Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen aus Erdruhedruck G,E0 1,20 1,10 1,00 Beanspruchungen aus ungünstigen veränderlichen Einwirkungen Q 1,50 1,30 1,10 Beanspruchungen aus günstigen veränderlichen Einwirkungen Q Vergleich mit DIN 4125 im LF 1: F p = 1,5 F w BS-P: P p = a P d = 1,1 ( G F G;k + Q F Q;k ), mit G = 1,35 und Q = 1,50 P d = 1,1 (1,35 F G;k + 1,50 F Q;k ) = 1,485 F G;k + 1,65 F Q;k Bei einer angenommenen Aufteilung: G (90%) und Q (10%): P p = 0,9 1,485 F k + 0,1 1,65 F k = 1,50 F k ähnliches Sicherheitsniveau 16, TAE

8 Belastungsprogramm Eignungsprüfung Anzahl der geprüften Anker DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC Mindestens 3 Anker an der nach den Baugrundverhältnissen ungünstigsten Stelle 5 Belastungszyklen mit steigenden Endlaststufen Belastungsprogramm und jeweils vorgeschriebenen Mindestwartezeiten Vorbelastung F i 0,2 F w 0,10 P p P a 50 kn Laststufen/(Mindestwartezeiten) 1 für Daueranker 1 Mindestwartezeiten bei nichtbindigem Boden und Fels / bindigem Boden Laststufen/(Mindestwartezeiten) 1 für Kurzzeitanker 1 Mindestwartezeiten bei nichtbindigem Boden und Fels / bindigem Boden 1. 0,50 F w / (15 /30 ) 2. 0,75 F w / (15 /30 ) 3. 1,00 F w / (1h/2h) 4. 1,25 F w / (1h/3h) 5. 1,50 F w / (2h/24h) 1. 0,50 F w / (1 /1 ) 2. 0,75 F w / (1 /1 ) 3. 1,00 F w / (1 /1 ) 4. 1,25 F w / (1 /1 ) 5. 1,50 F w / (15 /30 ) 1. 0,40 P p / (15 /15 ) 2. 0,55 P p / (15 /15 ) 3. 0,70 P p / (30 /1h) 4. 0,85 P p / (30 /1h) 5. 1,00 P p / (1h/3h) 1. 0,40 P p / (1 /1 ) 2. 0,55 P p / (1 /1 ) 3. 0,70 P p / (5 /5 ) 4. 0,85 P p / (5 /5 ) 5. 1,00 P p / (30 /1h) grün: Verkürzung um 50%, rot: Verkürzung um mehr als 50%, blau: Verlängerung 17, TAE Belastungsprogramm Eignungsprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC Anzahl der geprüften Anker Mindestens 3 Anker an der nach den Baugrundverhältnissen ungünstigsten Stelle Belastungsprogramm 5 Belastungszyklen mit steigenden Endlaststufen und jeweils vorgeschriebenen Mindestwartezeiten Vorbelastung F i 0,2 F w 0,10 P p P a 50 kn Laststufen/(Mindestwartezeiten) 0,33 F 1 p 1. 0,50 F w / (15 /30 ) 1. 0,40 P p / (15 /15 ) für Daueranker 0,50 F p 2. 0,75 F w / (15 /30 ) 2. 0,55 P p / (15 /15 ) 0,67 F 3. 1,00 F 1 Mindestwartezeiten bei p w / (1h/2h) 3. 0,70 P p / (30 /1h) nichtbindigem Boden 0,83 und Fels F p / 4. 1,25 F w / (1h/3h) 4. 0,85 P p / (30 /1h) bindigem Boden 1,00 F p 5. 1,50 F w / (2h/24h) 5. 1,00 P p / (1h/3h) Laststufen/(Mindestwartezeiten) ,50 F w / (1 /1 ) 1. 0,40 P p / (1 /1 ) für Kurzzeitanker 2. 0,75 F w / (1 /1 ) 2. 0,55 P p / (1 /1 ) Keine wesentliche 3. 1,00 Änderung F 1 Mindestwartezeiten bei w / (1 /1 ) bei den Laststufen 3. 0,70 P p / (5 /5 ) (nur etwas kleinere nichtbindigem Boden und Fels / 4. Lastschritte 1,25 F und w / (1 /1 ) eine höhere 1. Laststufe) 4. 0,85 P p / (5 /5 ) bindigem Boden 5. 1,50 F w / (15 /30 ) 5. 1,00 P p / (30 /1h) grün: Verkürzung um 50%, rot: Verkürzung um mehr als 50%, blau: Verlängerung 18, TAE

9 Belastungsprogramm Abnahmeprüfung Anzahl der geprüften Anker DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC Alle Anker 1 Belastungszyklus mit mehreren Laststufen Belastungsprogramm und jeweils vorgeschriebenen Mindestwartezeiten Vorbelastung F i 0,2 F w 0,10 P p P a 50 kn Laststufen/(Mindestwartezeiten) 1 für Daueranker 1 Mindestwartezeiten bei nichtbindigem Boden und Fels / bindigem Boden Laststufen/(Mindestwartezeiten) 1 für Kurzzeitanker 1 Mindestwartezeiten bei nichtbindigem Boden und Fels / bindigem Boden 1. 0,50 F w / (-/-) 2. 0,75 F w / (1 /1 ) 3. 1,00 F w / (1 /1 ) 4. 1,25 F w / (1 /1 ) 5. 1,50 F w / (5 /15 ) 1. 0,50 F w / (-/-) 2. 0,75 F w / (1 /1 ) 3. 1,00 F w / (1 /1 ) 4. 1,25 F w / (5 /15 ) 5. - / ,40 P p / (1 /1 ) 2. 0,55 P p / (1 /1 ) 3. 0,70 P p / (1 /1 ) 4. 0,85 P p / (1 /1 ) 5. 1,00 P p / (5 /15 ) 1. 0,40 P p / (1 /1 ) 2. 0,55 P p / (1 /1 ) 3. 0,70 P p / (1 /1 ) 4. 0,85 P p / (1 /1 ) 5. 1,00 P p / (5 /15 ) rot: höhere Prüfkraft durch zusätzliche Laststufe, aber gleichzeitig milderes Kriechmaßkriterium 19, TAE Eignungsprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 Ankerkraft Kraft-Verschiebungs- Diagramm (Arbeitslinie) Ankerkopfverschiebung 20, TAE

10 Eignungsprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC Wartezeit [min] Halblogarithmisches Zeit-Verschiebungs- Diagramme (Kriechkurven) Ermittlung der Kriechmaße k s Zuwachs der Ankerkopfverschiebung seit Beginn der Wartezeit [mm] log t a log t b LS1 LS2 LS3 LS4 log (t a /t b ) LS5 s b -s a s a s b Kriechmaß k s = (s b -s a ) / (log t a log t b ) = (s b -s a ) / log (t a /t b ) 21, TAE Eignungsprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC Kriechmaß k s [mm] Kriechmaß-Kraft- Diagramm 2,00 mm (Entwicklung der Kriechmaße) 1,00 mm Ankerkraft LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 22, TAE

11 Kriechmaßkriterien (Akzeptanz-/Abnahmekriterien) DIN 4125 Eignungsprüfung Abnahmeprüfung Kurzzeitanker Daueranker Kurzzeitanker Daueranker nichtbindiger Boden und Fels bindiger Boden nichtbindiger Boden und Fels bindiger Boden nichtbindiger Boden und Fels bindiger Boden nichtbindiger Boden und Fels bindiger Boden Prüfkraft η k F w η k F w 1,25 F w η k F w Beobachtungszeit beim Kurzzeitversuch: t 1 [min] t 2 [min] Verschiebung s = s 2 s 1 [mm] entspricht Kriechmaß k s [mm] 0,5 ~ 1,0 0,8 ~ 1, ,2 ~ 0,5 0,25 ~ 0,5 0,2 ~ 0,5 0,25 ~ 0,5 Versuch mit verlängerter Beobachtungszeit: t 1 [min] t 2 [min] Kriechmaß k s [mm] > 15 > > 5 1,0 > 15 1,0 > 5 > 15 DINEN1537,DINSPEC18537 Prüfkraft a P d Versuch mit Mindestbeobachtungszeit: t a [min] t b [min] Verschiebung s = s b s a [mm] entspricht Kriechmaß k s [mm] 0,5 ~ 1,0 0,5 ~ 1,0 0,5 ~ 1,0 0,5 ~ 1,0 0,2 ~ 0,5 0,25 ~ 0,5 0,2 ~ 0,5 0,25 ~ 0,5 23 Versuch mit verlängerte Beobachtungszeit: t b [min] Kriechmaß k s [mm] > 5 > 15 > 5 > 15 Eignungsprüfung DIN 4125 s bl DIN EN 1537, DIN SPEC LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 Ankerkraft Vorbereitung für die Kontrolle der freien Stahllänge: Aufspung der Verschiebung am Ende jeder Laststufe in den elastischen und bleibenden Verschiebungsanteil s el und s bl s s el s el s bl LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 Ankerkraft 24, TAE

12 Eignungsprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC s el s el F i 0,5 F w 0,75 F w F w 1,25 F w 1,5 F w P a 0,4 P p 0,55 P p 0,7 P p 0,85 P p P p Indirekte Kontrolle der rechnerischen freien Stahllänge L app über die elastischen Verschiebungsanteile s el F i R Ankerkraft Die elastischen Verschiebungen müssen oberhalb des Linienzugs F i -R-S und anschließend oberhalb der unteren Grenzlinie b liegen Die elastischen Verschiebungen müssen oberhalb der Laststufe 0,7 P p oberhalb der unteren Grenzlinie b liegen Die Berechnung der Grenzlinien a und b und der theoretischen Linie c erfolgt unverändert 25, TAE S 0,7 P p Ankerkraft Abnahmeprüfung DIN 4125 DIN EN 1537, DIN SPEC In der Regel nur tabellarische Auswertung und numerische Überprüfung des Kriechmaßkriteriums und der Einhung der zulässigen Grenzen für die freie Stahllänge Alle Anker (Kurzzeitanker und Daueranker) werden auf dieselbe Prüfkraft P p = a P d = 1,1 P d geprüft! 26, TAE

13 3) Prüfung von Nägeln Gebräuchliche Bezeichnungen (in Anlehnung an die Ankernorm) Kraftkurzschluss verhindern Nagellänge l - Freie Stahllänge l fs L tf Verankerungslänge des Zugglieds Stahlüberstand beim Prüfen l v L tb (l ü) L e Prüfkraft F p P p Vorbelastung F i P a Gebrauchskraft bzw. charakteristische Kraft F w P k Messgenauigkeit Kraft Verschiebung Keine Angaben Empfehlung: entsprechend Eignungsprüfung nach Ankernorm 1% des Endwerts 1/100 mm 29, TAE ) Prüfung von Nägeln Prüfkraft und Belastungsprogramm und Nagelprobebelastung Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems in Anlehnung an DIN 4125 bzw. DIN EN und EA-Pfähle Prüfkraft F p bzw. P p F p = 2,0 F w bzw. P p = 2,0 P k Maximale Prüfkraft F p 0,9 A s s (90% der Streckgrenze des Stahlzugglieds) Vorbelastung geringe Vorlast (keine Vorgabe) Anzahl der Probebelastungen Belastungsprogramm Laststufen/(Wartezeiten) Für jede Bodenart mindestens 3% aller Nägel bzw. 5% bei Baumaßnahmen mit weniger als 100 Nägeln (mindestens jedoch 3 Nägel) Bauaufsichtliche Zulassung: Kraft 1 Belastungszyklus mit einzelnen Lastschritten von 20 kn bis zur maximalen Prüfkraft Prüflast/(15 min) Mindestwartezeiten nur für die Prüflaststufe vorgeschrieben Empfehlung: Kraft 2 bis 3 Belastungszyklen (min. 1 Entlastung) mit einzelnen Lastschritten von 20 kn bis zur maximalen Prüfkraft längere Wartezeiten bereits unterhalb der Prüflaststufe 30, TAE Zeit Zeit 15

14 3) Prüfung von Nägeln Nagelprobebelastung und Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Nagelsystems in Anlehnung an DIN 4125 bzw. DIN EN und EA-Pfähle Kraft Zeit Kraft-Verschiebungsdiagramm (Arbeitslinie) und Zeit-Verschiebungs-Diagramme (Kriechkurven) Verschiebung Verschiebung Akzeptanz-/Kriechmaßkriterium Kontrolle auf verdeckte Kraftkurzschlüsse im Bereich des Versuchswiderlagers bzw. Kontrolle der Begrenzung der Krafteinleitungsstrecke s 0,5 mm zwischen t 1 =5 min und t 2 =15 min Dies entspricht einem Kriechmaß k s von ca. 1 mm. Bei s > 0,5 mm muss die Wartezeit verlängert werden, bis k s 1 mm eingehen ist. Kontrolle durch Ermittlung der Lage des Lasteinleitungsschwerpunktes über die rechnerische freie Stahllänge L app. Empfehlung IGS L app = (A t E t s) / P A t E t... Dehnsteifigkeit des Stahltragglieds P 1).... Kraftänderung (P p P a ) s 1)..... Verschiebungsänderung (s s bl ) 1) bei Entlastung bzw. Zwischenentlastung 31, TAE Inh Prüfung von Ankern, Nägeln und Mikropfählen nach Einführung der en Normen 1 Neue und e Normen 2 Prüfung von Verpressankern 3 Prüfung von Nägeln 4 Prüfung von Mikropfählen 5 Resümee 32, TAE

15 Arten von Prüfungen DIN 4128 Anlehnung an DIN 4125 und EA-Pfähle Statische Probebelastung an reinen Probepfählen Statische Probebelastung an Bauwerkspfählen Normenhandbuch EC7, DIN 1054/A1: , EA-Pfähle Statische Probebelastung an reinen Probepfählen (Vorversuchspfähle) Statische Probebelastung an Bauwerkspfählen (Abnahmeversuchspfähle) Ziel und Zeitpunkt der Prüfung Ermittlung des Tragverhens möglichst vor den Pfahlarbeiten Nachweis der Tragfähigkeit bis P p vor und während der Pfahlarbeiten 33, TAE Typischer Versuchsaufbau Messuhr Messbrücke Messgrößen: Prüfkraft [kn] und zugehörige Pfahlkopfverschiebung [mm] Hydraulische Hohlkolbenpresse Kraftmessdose kn Hydraulikpumpe oder Lastkonstanthegerät bar Anzeigegerät für Kraftmessdose Prüfung der Kraftübertragung in den Baugrund bei Zug- und Druckpfählen durch Probebelastungen auf Druck oder Zug (Regelfall) Für jedes charakteristische Bodenprofil werden nur wenige Pfähle geprüft TAE-Kolloquium: Bauen in Boden und Fels, Januar

16 Gebräuchliche Bezeichnungen (teilweise nicht normativ vorgegeben!) l ü bzw. L e l v bzw. L tb 1,5 m l l fs bzw. L tf l ü bzw. L e Pfahllänge Freie Stahllänge Verankerungslänge des Tragglieds Stahlüberstand beim Prüfen Prüfkraft Vorbelastung l l fs bzw. L tf l v bzw. L tb l ü bzw. L e P p P a System A mit Krafteinleitung über die ganze Pfahllänge Messgenauigkeit System B mit begrenzter Krafteinleitungsstrecke Kraft Kraftmessdosen der Genauigkeitsklasse 1 Verschiebung 1/100 mm l v bzw. L tb Gebrauchskraft bzw. charakteristische Kraft Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung Pfahlwiderstand im Grenzzustand der Tragfähigkeit Charakteristischer Herausziehwiderstand F c,k bzw. F t,k F c,d bzw. F t,d R c,m bzw. R t,m R t,k 35, TAE Prüfkraft DIN 4128: Normenhandbuch EC 7 DIN 1054/A1: Die Höhe der Prüfkraft für Probebelastungen ergibt sich aus dem Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung zu: Druckpfähle (LF1): F p = 2,0 F w Zugpfähle (LF1): F p = 2,0 F w bei Neigung 45 bis 90 (senkrecht) F p = 3,0 F w bei Neigung 10, zwischen 10 und 45 wird interpoliert Druckpfähle: P p = F c,d t 1 t : Teilsicherheitsbeiwert für den Gesamtwiderstand 1 : Streuungsfaktor Zugpfähle: P p = F t,d s,t 1 M s,t : Teilsicherheitsbeiwert für den Mantelwiderstand (Zug) 1 : Streuungsfaktor M : Modellfaktor Bei Zugversuchen durch das Stahlzugglied vorgegebene Grenzen für die Höhe der Prüfkraft: F p 0,9 A s s P p P t0,2k / M = f t0,2k A t / 1,15 36, TAE

17 Prüfkraft DIN 4128: Normenhandbuch EC 7 DIN 1054/A1: Die Höhe der Prüfkraft für Probebelastungen ergibt sich aus dem Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung zu: Druckpfähle (LF1): F p = 2,0 F w Zugpfähle (LF1): F p = 2,0 F w bei Neigung 45 bis 90 (senkrecht) F p = 3,0 F w bei Neigung 10, zwischen 10 und 45 wird interpoliert Der charakteristische Wert der Pfahlbeanspruchung (Gebrauchskraft) reicht zur Ermittlung der Prüfkraft aus. Druckpfähle: P p = F c,d t 1 t : Teilsicherheitsbeiwert für den Gesamtwiderstand 1 : Streuungsfaktor Zugpfähle: P p = F t,d s,t 1 M s,t : Teilsicherheitsbeiwert für den Mantelwiderstand (Zug) 1 : Streuungsfaktor M : Modellfaktor Für die Probebelastung muss der Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung F c,d bzw. F t,d oder die Prüfkraft P p bekannt sein. Die Angabe nur der charakteristischen Pfahlbeanspruchung reicht ohne die Pfahlstatik nicht aus. 37, TAE Prüfkraft DIN 1054: , Tabelle A 2.3 Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände Normenhandbuch EC 7 DIN 1054/A1: Pfahlwiderstände aus statischen und dynamischen 1) Pfahlprobebelastungen Bemessungssituation BS-P BS-T BS-A - Fußwiderstand b 1,10 1,10 1,10 - Mantelwiderstand (Druck) s 1,10 1,10 1,10 - Gesamtwiderstand (Druck) t 1,10 1,10 1,10 - Mantelwiderstand (Zug) s,t 1,15 1,15 1,15 1) (DIN SPEC 18539) Dynamische Probebelastungen bei Mikropfählen nicht erlaubt DIN 1054: , Tabelle A 7.1 Streuungsfaktoren i zur Ableitung charakteristischer Werte aus statischen Pfahlprobebelastungen Anzahl n der probebelasteten Pfähle ,35 1,25 1,15 1,05 1,00 2 1,35 1,15 1,00 1,00 1,00 1 auf den Mittelwert und 2 auf den Kleinstwert der gemessenen Pfahlwiderstände DIN 1054/A1: Modellfaktor M zur Anpassung des Sicherheitsniveaus bei Zugpfählen an die bewährte Größenordnung nach DIN 4128 Der Modellfaktor beträgt unabhängig von der Pfahlneigung M = 1,25 38, TAE

18 Prüfkraft DIN 4128: Druckpfähle (LF1): F p = 2,0 F w Zugpfähle (LF1): F p = 2,0 F w bei Neigung 45 bis 90 (senkrecht) F p = 3,0 F w bei Neigung 10, zwischen 10 und 45 wird interpoliert Vergleich von F p () mit P p () Normenhandbuch EC 7 DIN 1054/A1: DIN 1054: , Tabelle A 2.1 Teilsicherheitsbeiwerte F bzw. E für Einwirkungen und Beanspruchungen STR und GEO-2: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken, Bauteilen und Baugrund BS-P BS-T BS-A Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen allgemein G 1,35 1,20 1,10 Beanspruchungen aus günstigen ständigen Einwirkungen G,inf 1,00 1,00 1,00 Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen aus Erdruhedruck G,E0 1,20 1,10 1,00 Beanspruchungen aus ungünstigen veränderlichen Einwirkungen Q 1,50 1,30 1,10 Beanspruchungen aus günstigen veränderlichen Einwirkungen Q F c,d bzw. F t,d = G F G,k + Q F Q,k = 1,35 F G,k + 1,50 F Q,k (BS-P) F d = 1,395 F k, bei Annahme: G (70%) und Q (30%) Druckpfähle: P p = F c,d t 1 = 1,395 F k 1,10 1,25 = 1,92 F k Annahme: Zugpfähle: P p = F t,d s,t 1 M = 1,395 F k 1,15 1,25 1,25 = 2,51 F k 2 Probebelastungen 39, TAE Belastungsprogramm Pfahlprobebelastung Anzahl der Probebelastungen Belastungsprogramm DIN 4128 inanlehnung an DIN 4125 und EA-Pfähle Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle mindestens an 3% aller Pfähle, wenigstens aber an 2 Pfählen je charakteristischem Bodenprofil oder an der nach den Baugrundverhältnissen ungünstigsten Stelle mindestens 2 Lastzyklen mit mindestens 8 Laststufen (ähnlich wie System A, aber kürzere Be- und Entlastungszeiten) min. 2 Lastzyklen mit min. 8 Laststufen min. 8 Lastzyklen mit min. 8 Laststufen Vorbelastung < 0,1 F p (keine Vorgabe) geringe Vorlast Laststufen/(Wartezeiten) 1 1 Erfahrungswerte (). bzw. empfohlene Mindestwartezeiten () + zus. Abbruchkriterium: Verschiebungsgeschwindigkeit muss unter 0,1 mm/5 min abgeklungen sein Versuchsdauer inkl. Laständerungen 1. 0,125 F p / (15 ) 2. 0,250 F p / (15 ) 3. 0,375 F p / (15 ) 4. 0,500 F p / (1h) 5. 0,625 F p / (15 ) 6. 0,750 F p / (15 ) 7. 0,875 F p / (15 ) 8. 1,000 F p / (1h) 1. 0,125 P p / (15 ) 2. 0,250 P p / (15 ) 3. 0,375 P p / (15 ) 4. 0,500 P p / (1h) 5. 0,625 P p / (15 ) 6. 0,750 P p / (15 ) 7. 0,875 P p / (15 ) 8. 1,000 P p / (1h) ~4,5 h ~ 6 h (System A) / ~8,5 h (System B) 40, TAE System A System B 20

19 Belastungsprogramm DIN 4128 (in Anlehnung an DIN 4125 und EA-Pfähle) Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle Kraft am Pfahlkopf Kraft am Pfahlkopf Zeit System A Zeit ~ 2 Lastzyklen / ~ 8 Laststufen 3,5 h Wartezeit / ~ 1 h Be- und Entlastungszeit ~ 2 Lastzyklen / ~ 8 Laststufen 3,5 h Wartezeit / ~ 2,5 h Be- und Entlastungszeit Pfahlprobebelastung Kraft-Zeit- Diagramm Kraft am Pfahlkopf System B Zeit ~ 8 Lastzyklen / ~ 8 Laststufen 3,5 h Wartezeit / ~ 5 h Be- und Entlastungszeit 41, TAE DIN 4128 (in Anlehnung an DIN 4125 und EA-Pfähle) Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle LS1 Kraft am Pfahlkopf LS2 LS3 LS4 Verschiebung LS5 LS6 LS7 LS8 LS1 Kraft am Pfahlkopf LS2 LS3 LS4 System A Verschiebung LS5 LS6 LS7 LS8 Pfahlprobebelastung Kraft- Verschiebungs- Diagramm (Arbeitslinie) LS1 Kraft am Pfahlkopf LS2 LS3 LS4 System B Verschiebung LS5 LS6 LS7 LS8 42, TAE

20 Pfahlprobebelastung DIN 4128 (DIN 4125 und EA-Pfähle) Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle Wartezeit [min] LS1 bis LS7 Halblogarithmische Zeit-Verschiebungs- Diagramme (Kriechkurven) Ermittlung der Kriechmaße k s LS8 Zuwachs der Ankerkopfverschiebung seit Beginn der Wartezeit [mm] Kriechmaß k s = (s b -s a ) / (log t b log t a ) = (s b -s a ) / log (t b /t a ) 43, TAE DIN 4128 (DIN 4125 und EA-Pfähle) Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle Kriechmaß k s [mm] 2,00 mm Pfahlprobebelastung Kriechmaß-Kraft- Diagramm (Entwicklung der Kriechmaße) 1,00 mm Kraft am Pfahlkopf Kriechmaßkriterium k s 2,0 mm (in Anlehnung an DIN 4125 von IGS vorgeschlagen) k s 2,0 mm EA-Pfähle: Das Kriechmaß k s für die Bestimmung der Pfahlwiderstände im Grenzzustand der Tragfähigkeit liegt häufig bei ca. 2 mm, ist aber in Abstimmung mit dem Sachverständigen für Geotechnik festzulegen 44, TAE

21 Pfahlprobebelastung DIN 4128 (DIN 4125 und EA-Pfähle) Normenhandbuch EC7, EA-Pfähle Nachträgliche Kontrolle des Versuchsaufbaus auf verdeckte Kraftkurzschlüsse im Bereich des Versuchswiderlagers Empfehlung IGS System A Kontrolle durch Ermittlung der Lage des Lasteinleitungsschwerpunktes über die rechnerische freie Stahllänge L app. L app = (A t E t s) / P mit A t E t... Dehnsteifigkeit des Stahltragglieds P 1).... Kraftänderung (P p P a ) s 1)..... Verschiebungsänderung (s s bl ) 1) bei Entlastung bzw. Zwischenentlastung Kontrolle der Begrenzung der Krafteinleitungsstrecke Vorschrift Kontrolle durch Ermittlung der Lage des Lasteinleitungsschwerpunktes über die rechnerische freie Stahllänge L app. System B 45, TAE Inh Prüfung von Ankern, Nägeln und Mikropfählen nach Einführung der en Normen 1 Neue und e Normen 2 Prüfung von Verpressankern 3 Prüfung von Nägeln 4 Prüfung von Mikropfählen 5 Resümee 46, TAE

22 5) Resümee Qualität der Prüfungen = f (Messausrüstung + Versuchsaufbau) wichtig: Messgenauigkeit, Kalibrierung, + Sorgf, Erfahrung Wegmessung mit Messuhr/Wegaufnehmer relativ zu einem Stativ wichtig: trales Stativ gutes Versuchswiderlager (kein Verkippen der Belastungseinrichtung) Kontrollmessungen Kraftmessung mit Kraftmessdose wichtig: angepasster Messbereich gutes Versuchswiderlager (kein Kraftkurzschluss, keine Reibung durch Verkippen der Belastungseinrichtung) 47, TAE ) Resümee Neutrales Stativ! 48, TAE

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