Inhaltsverzeichnis und Vorwort

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1 Seite 1 Inhaltsverzeichnis und Vorwort Kombinierte Pfahl-Plattengründungen ISBN Verlag Ernst & Sohn - Berlin Inhaltsverzeichnis Vorwort...V KPP-Richtlinie Begriffsdefinition Geltungsbereich Geotechnische Kategorie Formelzeichen Baugrunderkundung und Baugrundbeurteilung Felderkundung Laboruntersuchungen Maßnahmen während der Bauausführun Anforderungen an Berechnungsverfahren für die Bemessung einer KPP Vorbemerkungen Tragverhalten eines Einzelpfahles Anforderungen an ein Rechenmodell Nachweis der Tragfähigkeit (GZ 1 - Ultimate Limit State - (ULS) Nachweis der äußeren Tragfähigkeit im GZ 1 (ULS) Nachweis der inneren Tragfähigkeit im GZ 1 (ULS) Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2 - Serviceability Limit State - SLS) Nachweis der äußeren Gebrauchstauglichkeit im GZ 2 (SLS) Nachweis der inneren Gebrauchstauglichkeit im GZ 2 (SLS) Prüfung des Entwurfs, der Bemessung und der Ausführung einer KPP Bauausführung einer KPP... 18

2 Seite 2 11 Messtechnische Überwachung einer KPP Bezugsnormen Anhang zur KPP-Richtlinie Teil A: Zum mechanischen Modell und zu den Sicherheitsfestlegungen 1 Einleitung Bodenmechanische Untersuchungen zum Tragverhalten von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (mechanisches Modell) Grundlagen zum Tragverhalten Kombinierter Pfahl-Plattengründungen Konzept und Grundlagen der Baugrund-Tragwerk-Interaktion Anwendungsgebiete der Kombinierten Pfahl-Plattengründung Bisherige Erfahrungen zum Tragverhalten von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Berechnungsverfahren zum Entwurf und zur Bemessung von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Empirische Verfahren Auf äquivalenten Ersatzmodellen beruhende Verfahren Analytische Verfahren Nummerische Verfahren Vergleich der Berechnungsverfahren Entwicklung eines Berechnungsmodells zur Untersuchung des Tragverhaltens von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Motivation und Untersuchungsziel Anforderungen an das nummerische Untersuchungsmodell Variantenuntersuchungen zum Tragverhalten von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Aufbau des nummerischen Berechnungsmodells Übersicht Geometrische Modellierung Stoffliche Modellierung Angesetzte Stoffparameter Verifikation des nummerischen Berechnungsmodells Bodenmechanische Grundlagen zum Tragverhalten Kombinierter Pfahl-Plattengründungen Einfluss des (Primär-)Spannungszustandes im Boden auf das Tragverhalten von Pfählen Einfluss der Pfahl-Platten-Interaktion Einfluss der Pfahl-Platten- und der Pfahl-Pfahl-Interaktion auf das Tragverhalten von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Anwendungsgrenzen der Kombinierten Pfahl-Plattengründung Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Bemessung von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen Anforderungen an ein Berechnungsverfahren für die Bemessung einer KPP... 70

3 Seite 3 3 Probabilistische Untersuchungen zu den Sicherheitsfestlegungen von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (stochastisches Modell) Probabilistische Verfahren gemäß Stufe II der Sicherheitstheorie Statistische Kennwerte der Basisvariablen Einwirkungen Widerstände und Korrelationen Äußere Tragfähigkeit der KPP Grenzzustand und probabilistische Algorithmen Zusammenfassung der gewonnenen Ergebnisse Vorgehensweise bei der Sicherheitsanalyse anhand eines Beispiels Innere Tragfähigkeit der KPP Grenzzustände und probabilistische Algorithmen Zusammenfassung der gewonnenen Ergebnisse Vorgehensweise bei der Sicherheitsanalyse anhand eines Beispiele Schlussfolgerungen für die Sicherheitsfestlegungen der Richtlinie Äußere Tragfähigkeit Innere Tragfähigkeit Zusammenfassung Software für die Sicherheitstheorie Teil B: Berechnungsbeispiele 1 Einleitung Berechnungsbeispiel 1: Gründung eines Brückenpfeilers Aufgabenstellung Vordimensionierung des Fundamentes Baugrunderkundung und Festlegung der Bodenkennwerte Gründungsvarianten Bemessungskonzept Variante 1: Berechnung als Flächengründung Nachweis der äußeren Tragfähigkeit Nachweis der äußeren Gebrauchstauglichkeit Nachweis der inneren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Nummerische Vergleichsberechnung mit der Finite-Elemente-Methode Variante 2: Berechnung als Pfahlgründung im Hangschutt und Hanglehm Nachweis der äußeren Tragfähigkeit Nachweis der äußeren Gebrauchstauglichkeit

4 Seite Nachweis der inneren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Ergebnisse der nummerischen Untersuchung der Pfahlgründung nach der FE-Methode Variante 3: Berechnung als Kombinierte Pfahl-Plattengründung Untersuchung der Baugrund-Tragwerk-Interaktion Bemessungsverfahren Nachweis der äußeren Tragfähigkeit Nachweis der äußeren Gebrauchstauglichkeit Nachweis der inneren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Ergebnisse der nummerischen Untersuchung der KPP nach der FE-Methode Variante 4: Berechnung als Pfahlgründung im Fels nach DIN 1054, Abs Nachweis der äußeren Tragfähigkeit Nachweis der äußeren Gebrauchstauglichkeit Nachweis der inneren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Ergebnisse der nummerischen Vergleichsberechnung Auswahl einer Gründungsvariante Prüfung des Entwurfs und der Bemessung der KPP Anmerkungen zur Bauausführung der KPP Messtechnische Überwachung der KPP Berechnungsbeispiel 2: Gründung eines mehrgeschossigen Bürogebäudes Aufgabenstellung Variante 1: Berechnung als Flächengründung Nachweis der äußeren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (Ergebnisse der nummerischen Berechnung der Flächengründung) Variante 2: Berechnung als Kombinierte Pfahl-Plattengründung (KPP) mit 25 Pfählen Nachweis der äußeren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (Ergebnisse der nummerischen Berechnung der KPP als Gesamtsystem) Variante 3: Berechnung als Kombinierte Pfahl-Plattengründung (KPP) mit 9 Pfählen Nachweis der äußeren Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit (Ergebnisse der nummerischen Berechnung der KPP als Gesamtsystem) Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis

5 Seite 5 Vorwort Die Gründung baulicher Anlagen ist in DIN 1054 und ergänzenden Grundbaunormen, die in der Liste der Technischen Baubestimmungen aufgeführt sind, geregelt. Danach können reine Pfahlgründungen oder reine Flachgründungen bemessen und ausgeführt werden. Die Kombination beider Gründungselemente Pfahl und Fundamentplatte war bisher nicht geregelt. Diese Lücke wird mit der vorliegenden Richtlinie für den Entwurf, die Bemessung und den Bau von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (KPP), kurz KPP-Richtlinie, geschlossen. Der Entwurf der KPP-Richtlinie, Stand Juli 2000 wurde in den Fachzeitschriften Bautechnik 77 (2000), Heft 9, Bauingenieur 75 (2000), Heft 9, A9-A18 DIBt Mitteilungen, 31. Jahrgang, Nr. 5 (10/2000), geotechnik 23 (2000) Nr. 3, zur Stellungnahme vorgelegt. Die eingegangenen acht Einsprüche wurden am vom Arbeitskreis Kombinierte Pfahl-Plattengründung (KPP) im DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) behandelt; sie bezogen sich auf bauaufsichtliche Fragen und auf Fragen zum mechanischen Modell. Die umfangreichen Untersuchungen und Berechnungen zur Erarbeitung der Richtlinie wurden im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der Herren Prof. Dr.-Ing. R. Katzenbach (Technische Universität Darmstadt) und Prof. Dr.-Ing. G. König (Universität Leipzig) durchgeführt und mit Mitteln des DIBt finanziert. Das Forschungsvorhaben hat die folgenden zwei Fragestellungen behandelt: 1. Anforderungen an ein mechanisches Modell (Rechenmodell) für die Berechnung und Bemessung einer KPP. Forschungstitel: Bodenmechanische Untersuchungen zum Tragverhalten von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (mechanisches Modell) 2. Anforderungen an die Sicherheit einer KPP auf der Grundlage des probabilistischen Sicherheitskonzeptes. Forschungstitel: Probabilistische Untersuchungen zu den Sicherheitsfestlegungen von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (stochastisches Modell) Im vorliegenden Buch wird die KPP-Richtlinie durch den Anhang zur KPP-Richtlinie ergänzt, der aus zwei Teilen besteht: Teil A: Zum mechanischen Modell und zu den Sicherheitsfestlegungen Teil B: Berechnungsbeispiele Der Anhang gibt der Fachöffentlichkeit Hintergrundinformationen zu den mechanischen Modellen, den Sicherheitsbetrachtungen auf probabilistischer Grundlage, den Parameterstudien und Anwendungen auch unter Verwendung von Teilsicherheitsbeiwerten und enthält zwei praxisbezogene Beispiele, die gleichzeitig als Benchmark Beispiele zur Über- prüfung vereinfachter Berechnungsansätze dienen.

6 Seite 6 Für die Aussagen zu den Anforderungen an ein mechanisches Modell wurden während der Bearbeitung des Entwurfs der KPP-Richtlinie" Vergleichsrechnungen im Sinne von Ring- versuchen mit deterministischen (d.h. fest vorgegebenen) Werten durchgeführt, durch die die Ergebnisse der unterschiedlichen mechanischen Modelle verglichen wurden. Daran haben sich neben den Mitgliedern des Arbeitskreises folgende Herren beteiligt: Dr.-Ing. Y. El-Mossallamy, Darmstadt (Trischler und Partner GmbH) Prof. Dr.-Ing. M. Kany, Zirndorf Dipl.-Ing. B. Lutz, Berlin (Trischler und Partner Consult GmbH) Dr.-Ing. M. Thaher, Neu-Isenburg (Philipp Holzmann AG) Dipl.-Ing. T. Vittinghoff, TU Braunschweig Die Ergebnisse der Vergleichsrechnungen lagen i. Allg. nicht sehr weit auseinander und hingen im Wesentlichen ab: von der unterschiedlichen Berücksichtigung der Pfahl-Platten-Interaktion, von der bodenmechanischen Stoffmodellierung. Die Sicherheitsfestlegungen in der KPP-Richtlinie basieren auf dem probabilistischen Sicherheitskonzept - siehe Grundlagen zur Festlegung von Sicherheitsanforderungen für bauliche Anlagen (GruSiBau), 1. Aufl., Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e.v., Berlin, Köln: Beuth-Verlag GmbH, Zu den vorgegebenen mechanischen Modellen wurden in den probabilistischen Untersuchungen zunächst Bemessungswerte für einen Sicherheitsindex ß=3,83 (Bezugszeitraum 50 Jahre) und daraus bezogen auf das jeweilige x % -Fraktil (beim Boden wurde wie bisher das 50 %-Fraktil gewählt) - die jeweiligen Teilsicherheitsbeiwerte ermittelt. Die unterschiedlichen äußeren Abmessungen und die Pfahlanordnung führen zu jeweils anderen Teilsicherheitsbeiwerten bei einem gleichbleibenden Sicherheitsniveau (ausgedrückt durch den Sicherheitsindex ß). Andererseits ergab sich, dass die Sicherheit gegenüber dem globalen Versagen mit wachsenden Bauteilabmessungen (Plattengröße bzw. Pfahllänge, Anzahl der Pfähle) zunimmt. Für die KPP-Richtlinie wurden die ungünstigsten Kombinationen der Teilsicherheitsbeiwerte zu einem einzigen globalen Sicherheitsbeiwert zusammengefasst. Je nach Fortschritt des Eurocode 7 bzw. der nationalen Norm DIN können auch die entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerte angegeben werden. Sicherheitsbeiwerte beziehen sich immer auf die Definition des x %-Fraktils des jeweiligen charakteristischen Wertes. Im Sinne dieser Richtlinie ist unter charakteristischer Wert einer Bodeneigenschaft das 50 %-Fraktil (Mittelwert) der zugehörigen Grundgesamtheit zu verstehen. Bei der Festlegung des charakteristischen Wertes einer Bodeneigenschaft ist hierauf zu achten. Die dabei angestrebte Aussagewahrscheinlichkeit sollte 95% betragen. Die probabilistischen Berechnungen würden eine direkte, für den speziellen Fall genauere Aussage über die Zuverlässigkeit des Systems ermöglichen. Dieses Ergebnis könnte sowohl in das Format der Teilsicherheitsbeiwerte als auch in das Format globaler Sicherheitsbeiwerte überführt werden. Im Hinblick auf die derzeit gebräuchlichen Darstellungen der Sicherheitsbeiwerte in den Normen sind im Anhang zur KPP-Richtlinie beide Varianten dargestellt. Anhand dieser Dar- stellung ist es daher möglich, für den Einzelfall die Sicherheit einer bestimmten KPP direkt zu bestimmen. Für die Anwendung in der Praxis wäre dieser Weg allerdings nur im Einzelfall nach vorheriger Abstimmung im Rahmen des Baugenehmigungsverfahrens möglich.

7 Seite 7 Das erste Beispiel behandelt die innere und äußere Standsicherheit der Gründung eines Brückenpfeilers. Vier Gründungsvarianten, die ausführlich diskutiert werden, machen den Einsatzbereich der KPP deutlich. Das zweite Beispiel behandelt die Gebrauchstauglichkeit und äußere Standsicherheit der Gründung eines Bürogebäudes in drei Gründungsvarianten. Auf die Berechnung der inneren Standsicherheit wird hier verzichtet, da sie keine neuen Gesichtspunkte bietet. Da auch der Rechengang zur Ermittlung des äußeren Tragverhaltens der Gründungsvarianten analog dem des ersten Beispiels ist, werden hier nur die Ergebnisse mitgeteilt. Die Ergebnisse beider Beispiele zur Ermittlung der äußeren Standsicherheit dienen gleichzeitig als Benchmark-Beispiele zur Überprüfung vereinfachter Berechnungsansätze. An dieser Stelle gilt es, Dank zu sagen den Mitarbeitern des Arbeitskreises für ihre intensive Diskussion der KPP-Richtlinie und dem Anhang zur KPP-Richtlinie während der 10 Sitzungen, den Einsendern der Stellungnahmen für ihre konstruktiven Beiträge, Frau Dipl.-Ing. M. Herr für die fruchtbare Zusammenarbeit und ihre ständig bohrenden Fragen nach dem Nutzen für die Praxis sowie den Kollegen(innen) des Verlages, die das Manuskript mit viel Geduld in die vorliegende Form gebracht haben. Ein ganz besonderer Dank gilt den Herren Dr.-Ing. Carsten Ahner und Dr.-Ing. Christian Moormann für die enorme Arbeit, die sie mit der Erarbeitung des Manuskriptes und der Beispiele hatten. Last but not least ist dem DIBt und den Ländern für die Anregung zu diesem Forschungs vorhaben und dessen Finanzierung zu danken, wodurch viele offene Fragen beantwortet werden konnten. Leider war es unserem verehrten und geschätzten Kollegen, Prof. Dr.-Ing. Walter Rodatz, nicht mehr möglich, als Obmann des Arbeitskreises Pfähle der DGGT das bereits konzipierte Geleitwort fertig zu stellen. Das vorliegende Gemeinschaftswerk ist ihm gewidmet. Berlin / Darmstadt / Leipzig, 2001 Jürgen Hanisch Rolf Katzenbach Gert König Mitglieder des Arbeitskreises Kombinierte Pfahl-Plattengründung (KPP) Dr.-Ing. J. Hanisch, Berlin (Vorsitzender) Dr.-Ing. C. Ahner, Universität Leipzig (Bearbeiter Anhang A, Kapitel 3) Prof. Dr.-Ing. U. Arslan, TU Darmstadt Prof. Dr.-Ing. R. Katzenbach, TU Darmstadt Prof. Dr.-Ing. G. König, Universität Leipzig MinRat Dipl.-Ing. E.W Klauke, Ministerium für Bauen u. Wohnen des Landes NRW

8 Seite 8 Dr.-Ing. Chr. Moormann, TU Darmstadt (Bearbeiter Anhang A, Kapitel 2) Prof. Dr.-Ing. R. Rackwitz, Technische Universität München Dr.-Ing. Th. Richter, Berlin (GuD CONSULT GmbH) Prof. Dr.-Ing. W. Rodatz, TU Braunschweig (am 11. April 2001 verstorben Dr.-Ing. D. Soukhov, Universität Leipzig (Bearbeiter Anhang A, Kapitel 3) Nachrichtlich: Dipl.-Ing. R. Henning, Deutsches Institut für Bautechnik Prof. Dr.-Ing. H. Schulz, Universität der Bundeswehr München Dr.-Ing. K. Weiß, Berlin