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1 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.1 J Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.1 Anerkannte Regeln der Technik J.1.1 Zweck und Verbindlichkeit von Baunormen Bei Entwurf, Berechnung und Ausführung eines Gründungsbauwerks sind die einschlägigen "anerkannten Regeln der Technik" zu beachten. Vorrangiges Ziel ist, dass die Bauwerke standsicher und gebrauchstauglich sind. Weitere Anforderungen an Bauwerke sind Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit. Außerdem sind die von einem Bauwerk ausgehenden Einflüsse auf Nutzer, Nachbarn, Betrachter und Umgebung zu beachten. Baukosten und Sicherheit sind oft gegenläufige Zielgrößen. Es gibt keine absolute Sicherheit. Mit einer Erhöhung des Aufwandes lässt sich in der Regel die Sicherheit steigern, Restrisiken werden aber immer bleiben. Oft ist es auch möglich, den sicherheitsbezogenen Aufwand für ein Bauwerk zu verringern, ohne dass es gleich zu einem Versagen kommt. Hier sind Normen und technische Regeln sehr hilfreich, denn sie grenzen die Interessen klar ab. Kommt es trotz Einhaltung aller Regeln zu einem Schaden, dann kann dem Planenden bzw. Ausführenden nicht der Vorwurf gemacht werden, dass er fahrlässig gehandelt hat. Andererseits erhöht die Außerachtlassung technischer Regeln das Haftungsrisiko des Entwerfenden oder Ausführenden erheblich. Die anerkannten Regeln der Technik sind: - ungeschriebene Regeln aus der Erfahrung des Bauschaffens, soweit sie in der Baupraxis allgemein bekannt sind und angewendet werden; - Unfallverhütungsvorschriften der Träger der gesetzlichen Unfallversicherung; - technische Vorschriften von Behörden wie dem Eisenbahn-Bundes-Amt, des Bundesverkehrsministeriums usw.; - technische Richtlinien sachverständiger privater Gremien wie z.b. des DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.), der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT), der Hafenbautechnischen Gesellschaft, der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (ATV-DVWK). Privatrechtliche Regeln können durch ministeriellen Ländererlass auf Grund der Bauordnungen (s. 3.3 der Musterbauordnung) öffentlich eingeführt (Einführungserlass) und damit zu öffentlich rechtlichen Regeln gemacht werden. Baunormen sind keine Gesetze, sondern zunächst im Konsens von Fachleuten geschaffene Empfehlungen. Einige Normen werden durch Verweise aus Gesetzen oder Einführungserlassen aber verpflichtend. Dies gilt insbesondere im Bauwesen, wo für die öffentliche Sicherheit relevante Normen bauaufsichtlich eingeführt werden. Man kann von ihnen abweichen, z.b. um neue technische Lösungen einzuführen. In solchen Fällen muss aber für jedes Bauvorhaben, welches öffentlich ausgeschrieben wird, der Nachweis beispielsweise durch Gutachten anerkannter Wissenschaftler gegenüber den obersten Bauaufsichtsbehörden geführt werden, dass die vorgeschlagene Lösung ebenfalls die Sicherheitsanforderungen erfüllt. Hier werden Zulassungen im Einzelfall erwirkt. In solchen Fällen kann auch der Stand der Wissenschaft umgesetzt werden, der über den Stand der Technik hinausgeht. Für neuartige Baumittel und -verfahren kann mit gleicher Zielsetzung eine "allgemeine bauaufsichtliche Zulassung" beantragt werden. Ohne solche Nachweise sind Abweichungen von eingeführten Baunormen rechtswidrig (s.a. StGB 367 (1), 14 u. 15). Außer der Ausnahmegenehmigung durch die Bauaufsichtsbehörde ist auch eine besondere vertragliche Regelung des außergewöhnlichen Haftpflicht- und Gewährleistungswagnisses (s. VOB A 9, Ziff.2, letzter Absatz u. 10, Ziff.4, Absatz 1e und 2) erforderlich. Normen, die nicht bauaufsichtlich eingeführt sind, werden nur durch Verträge wirksam. Aber selbst wenn nicht ausdrücklich im Bauvertrag erwähnt, werden Baunormen im Streitfall herangezogen, weil sie das übliche Maß der zu stellenden Forderungen enthalten. J.1.2 Normen (DIN, CEN und ISO) DIN-Normen sind technische Normen, die vom DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.) aufgestellt und unter dem Verbandszeichen DIN herausgegeben werden. Die DIN-Normung ist eine Gemeinschaftsarbeit im Konsens aller beteiligten Kreise auf freiwilliger, gemeinnütziger Grundlage. Im europäischen Bereich ist entsprechend ein von 29 Ländern (Stand 2006) getragenes "Comité Européen de Normalisation (CEN)" tätig, international die International Organisation for Standar-

2 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.2 dization (ISO). Nationale Normen müssen in Europa zurückgezogen werden, bzw. werden widerspruchsfrei angepasst, wenn eine europäische Norm zum Thema veröffentlicht wird. Zur Beachtung der technischen Regeln gehört, dass der Baugrund im Bereich eines zu erstellenden Bauwerks erkundet und ggfs. untersucht wird, siehe Vorlesung D, Baugrunderkundung. DIN EN 1997, Teil 2, ergänzt um DIN 4020 regelt dies. Zu ihr gehören nachgeordnete Normen über Erkundungs- und Untersuchungsmethoden. Die zentrale Norm des geotechnisch orientierten Bauingenieurs ist DIN EN 1998 Teil 1, ergänzt um einen deutschen Nationalen Anhang sowie um die ergänzende DIN 1054: Auch hier gibt es eine Vielzahl nachgeordneter Normen für Berechnungen, Bemessungen und Ausführung. Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die bestehenden deutschen Normen auf dem Gebiet der Geotechnik. Zu einigen technischen Baunormen gibt es Beiblätter, die den Charakter eines Kommentars haben: rechtlich unverbindlich, aber bei Auslegungsstreitigkeiten herangezogen. Im Zusammenhang mit vertragsrechtlichen Belangen wurden privatrechtliche Baunormen für den Grundbau erarbeitet. Insbesondere gehören hierzu die - Allgemeinen Technischen Vorschriften für Bauleistungen (ATV) der Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB): DIN 18300: VOB - Teil C: ATV - Erdarbeiten DIN 18301: VOB - Teil C: ATV - Bohrarbeiten DIN 18302: VOB - Teil C: ATV - Arbeiten zum Ausbau von Bohrungen DIN : VOB - Teil C: ATV - Verbauarbeiten DIN 18304: VOB - Teil C: ATV - Ramm-, Rüttel- und Pressarbeiten DIN 18305: VOB - Teil C: ATV - Wasserhaltungsarbeiten DIN 18306: VOB - Teil C: ATV - Entwässerungskanalarbeiten DIN 18307: VOB - Teil C: ATV - Druckrohrleitungsarbeiten außerhalb von Gebäuden DIN 18308: VOB - Teil C: ATV - Dränarbeiten DIN 18309: VOB - Teil C: ATV - Einpressarbeiten DIN 18310: VOB - Teil C: ATV - Sicherungsarbeiten an Gewässern, Deichen und Küstendünen DIN 18311: VOB - Teil C: ATV - Nassbaggerarbeiten DIN 18312: VOB - Teil C: ATV - Untertagebauarbeiten DIN 18313: VOB - Teil C: ATV - Schlitzwandarbeiten mit stützenden Flüssigkeiten DIN 18319: VOB - Teil C: ATV - Rohrvortriebsarbeiten DIN 18321: VOB - Teil C: ATV - Düsenstrahlarbeiten Weitere technische Regeln im Bereich der Geotechnik sind (ohne Anspruch auf Vollständigkeit): - Zusätzliche Technische Vorschriften und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTVE - StB 09), herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr - ZTV für Erdarbeiten im Landeskulturbau (ZTVE - LK 1959), aufgestellt vom Arbeitsausschuss Kulturbauwesen des Fachnormenausschusses Wasserwesen im DNA. - Vorschrift für Erdbauwerke (VE) der Deutschen Bahn AG, RiL 836 (2008) - EAB, Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT), Verlag Ernst & Sohn, Berlin, (4. Auflage 2006, Neuausgabe geplant 08/2012) - EBGEO, Empfehlungen für Bewehrungen aus Geokunststoffen, Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) - EA-Pfähle, Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT), Verlag Ernst & Sohn, Berlin, (2. Auflage 2012) - EAU (2004) Empfehlungen des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen, Häfen und Wasserstraßen", herausgegeben von der Hafenbautechnischen Gesellschaft e.v. (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT), 10. Auflage, Verlag Ernst & Sohn (2005) - Merkblatt über den Einfluss der Hinterfüllung auf Bauwerke, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, Richtlinie für den Entwurf, die Bemessung und den Bau von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen (KPP), DIBt, DGGT, DAfSB, (2000)

3 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.3 Zusammenstellung der zum Zeitpunkt Dezember 2007 bestehenden wichtigsten Normen auf dem Gebiet der Geotechnik DIN EN : mit NA; DIN 1054: DIN EN 1990: Grundlagen der Tragwerksplanung Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik, DIN : ; DIN EN 1990: Sicherheitsnachweise in der Geotechnik Grundlagen der Tragwerksplanung; Einwirkungen auf Tragwerke BAUGRUNDERKUNDUNG DIN EN : DIN 4020: Geotechnische Untersuchungen DIN EN ISO : Probenentnahme und G.W.- Messungen DIN EN ISO : DIN EN ISO : DIN EN ISO : Geotechnische Erkundung Benennen und Beschreiben von Boden und Fels, Klassifizierung DIN : Wassergehaltsbestimmung DIN : Wassergehaltsbestimmung, Schnellverfahren DIN : , DIN : Konsistenzgrenzen DIN 18123: Korngrößenverteilung DIN 18132: Wasseraufnahmevermögen DIN 18134: Plattendruckversuch DIN 18135: Kompressionsversuch DIN 18136: Einaxialer Druckversuch GRÜNDUNGSELEMENTE / GRÜNDUNGSVERFAHREN BERECHNUNG VON GRÜNDUNGEN DIN : und -2: Stützkonstruktionen für Maschinen mit rotierenden Massen bzw. periodischer Erregung DIN 4095: Dränung des Untergrunds DIN 4126: (Entwurf) Schlitzwände: Nachweis der Standsicherheit DIN 4093: Bemessung von verfestigten Bodenkörpern DIN 4123: Unterfangungen DIN 4124: Baugruben und Gräben DIN EN 12715: Injektionen DIN 4017: Grundbruchberechnung DIN 4018: Sohldruck unter Flächengründungen DIN : : / -100: Setzungsberechnung DIN EN ISO : Geotechnische Erkundung Probeentnahmeverfahren und Grundwassermessungen DIN : Schichtenverzeichnis bei durchgehender Kernung ersetzt durch: DIN EN ISO : DIN 4023: Zeichnerische Darstellung der Bohrergebnisse DIN und -2: Betonaggressive Wässer, Böden und Gase DIN 18124: Korndichte (Pyknometer) DIN : Bodendichte: Labormethoden DIN : Bodendichte: Feldmethoden DIN 18126: Bestimmung der lockersten und dichtesten Lagerung DIN 18127: (Entwurf) Proctorversuch DIN 18128: Bestimmung des Glühverlusts DIN 18129: Kalkgehaltsbestimmung DIN : Scherfestigkeit, Begriffe DIN : Triaxialversuch DIN , -2, -4, -5 ( ) Ramm- und Drucksondierungen, Flügelsondierungen, Bohrlochaufweitungsversuche teilweise ersetzt bzw. vorgesehener Ersatz durch DIN EN ISO ,-2,-3,-4,-5,-7 ( ) DIN EN 1538: Schlitzwände, Herstellung DIN 4127: Schlitzwandtone: Güteforderungen DIN bis -10 Bauwerksabdichtungen Teil 1, 3 bis 6, 8, 10: ; Teil 2: ; Teil 7: ; Teil 9: DIN EN 1536: Bohrpfähle, Herstellung DIN EN 1537: (Entwurf) Verpressanker, Herstellung DIN EN 12063: Spundwandkonstruktionen DIN EN 12716: Düsenstrahlverfahren DIN EN 12794: vorgefertigte Gründungspfähle aus Beton DIN EN 14199: Mikropfähle DIN EN 14679: Tief reich. Bodenstabilisierung DIN EN 14731: Tiefenrüttelverfahren DIN 4084: Geländebruchberechnung DIN 4085: Berechnung des Erddrucks für Grundbauwerke DIN EN /- 5: Bauen in Erdbebengebieten DIN : Erschütterungseinwirkung auf Menschen in Gebäuden DIN 18196: Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke DIN : Durchlässigkeit (Labor) DIN : (Entwurf) Durchlässigkeit (Feld) DIN , -2, -3, -4: Setzungsbeobachtungen DIN : Schwingungsmessung DIN EN 12699: Verdrängungspfähle, Herstellung DIN : Erschütterungseinwirkung auf Bauwerke und Bauteile Anm.: Die Titel sind als Stichworte ausgeführt. Wegen der genauen Bezeichnungen wird z.b. auch auf die DIN-Taschenbücher 36 (Erd- und Grundbau) und 113 (Erkundung und Untersuchung des Baugrunds), Beuth-Verlag verwiesen.

4 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.4 Im Zusammenhang mit dem Leitungsbau und dem Wasserbau (z.b. Dämme, Deiche) bestehen weitere Regelwerke und Empfehlungen, siehe auch ATV-DVWK (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.v.), und die Zeitschrift bbr Wasser, Kanal- & Rohrleitungsbau - EAU, Empfehlungen des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen Häfen und Wasserstraßen, herausgegeben vom Arbeitsausschuss "Ufereinfassungen, der Hafenbautechnischen Gesellschaft e.v. und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v., Verlag Ernst & Sohn, Berlin, (10. Auflage) - DIN Stauanlagen (mehrere Teile) - DIN 19712, Flussdeiche (Nov. 1997) - DIN Standsicherheit von Massivbauwerken im Wasserbau (Juni 2010) - Merkblatt Standsicherheit von Dämmen an Bundeswasserstraßen (MSD), BAW (2011) - DVWK-Merkblatt 210/1986, DK Flussdeiche, DK Hochwasserschutz - DVWK-Merkblatt 215/1990, Dichtungselemente im Wasserbau - DIN EN 1610, Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und kanälen mit Beiblatt: Verzeichnis einschlägiger Normen und Richtlinien (1997) - DIN EN 12889, Grabenlose Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und kanälen (2000) - Arbeitsblatt ATV-DVWK-A127, Statische Berechnung von Abwasserkanälen und leitungen, 3. Auflage (August 2000), ATV-DVWK-Regelwerk Im Rahmen der europäischen Standardisierung wurden alle traditionellen deutschen Herstellnormen durch ein europäische Regelwerk ersetzt. Mit Hilfe sogenannter Fachberichte, die als DIN-SPEC veröffentlicht werden, werden ergänzende Regeln bereitgestellt, um die teilweise recht offenen europäischen Regelungen entsprechend dem deutschen Verständnis von Normen zu ergänzen. Als Herstellnormen gelten: - DIN EN 1536: , Ausführung von besond. geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Bohrpfähle; gemeinsam mit DIN SPEC ( ), (Anwendungsdokument zu DIN EN 1536: ) - DIN EN 1537: (Entwurf), Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Verpressanker - DIN EN 1538: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Schlitzwände - DIN EN 12699: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Verdrängungspfähle - DIN EN 12063: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Spundwandkonstruktionen - DIN EN 12715: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) - Injektionen - DIN EN 12716: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) Düsenstrahlverfahren (Hochdruckinjektion, Hochdruckbodenvermörtelung, Jetting) - DIN EN 12794: , Vorgefertigte Gründungspfähle aus Beton - DIN EN 14199: , Pfähle mit kleinen Durchmessern (Mikropfähle) - DIN EN 14679: , Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) - Tief reichende Bodenstabilisierung J.1.3 Aufstellung von Baugrundnormen in Deutschland Der Normenausschuss Bauwesen des DIN nimmt Vorschläge zur Aufstellung von Normen entgegen. Er bekommt außerdem von den Länderbehörden über das "Institut für Bautechnik" in Berlin den Auftrag zur Aufstellung (Länder haben das Recht dazu, da sie finanzieren). Das DIN überträgt den Antrag dem Lenkungsgremium des zuständigen Fachbereichs, z.b. dem Fachbereich NA : Grundbau, Geotechnik. Das Lenkungsgremium ist durch Personalunion mit der "Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v." verbunden, dem für Grundbaufragen zuständigen Fachverband. Dieses prüft das Bedürfnis und überträgt das Projekt bei Zustimmung an den zuständigen Arbeitsausschuss des Fachbereiches oder beruft einen neuen Arbeitsausschuss mit Vertretern aus Verwaltung, Industrie, Hochschulen und Verbänden. Der Arbeitsausschuss stellt einen Entwurf auf, den das DIN zur öffentlichen Diskussion stellt. Nach Ablauf der Einspruchfrist und Bearbeitung der Einsprüche erfolgt dann eine endgültige Herausgabe der Norm. Das höchste Prinzip der Normung ist die Erarbeitung im Konsens, die daher zeitaufwändig ist. Turnusgemäß erfolgt eine Überprüfung alle 5 Jahre. Sobald technische Entwicklung Neubearbeitung erforderlich macht, ergeht Vorschlag dazu an das DIN und löst gleichen den Geschäftsgang wie oben aus.

5 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.5 J.1.4 Baurechtliche Einführung von Normen Normen, die für die öffentliche Sicherheit von Belang sind, werden bauaufsichtlich mit ministeriellen Einführungserlassen eingeführt und werden damit rechtsverbindlich. Das Baurecht ist Ländersache. Daher obliegt den Ländern die Einführung von Normen. Die Länder stimmen sich allerdings in der Bauministerkonferenz (ARGEBAU) ab und veröffentlichen die Normen, die möglichst in allen Bundesländern eingeführt werden sollen, in einer Musterliste der technischen Baubestimmungen. Die Bauaufsicht arbeitet bei der Erstellung und Überarbeitung wichtiger Normen von vornherein mit, um die Einführung, die an strenge formale und juristische Kriterien geknüpft sind, vorzubereiten. Um europäische Normen, die oft weniger verbindlich formuliert sind als deutsche Normen, einführen zu können, werden gerne DIN-Fachberichte als Anwendungsdokumente erstellt, die die europäische Norm im erforderlichen Umfang präzisieren. J.1.5 Verpflichtungen des Auftraggebers bezüglich des Baugrunds VOB, Teil A: 9 Ziffer 3, Absatz 3: Die Boden- und Wasserverhältnisse sind so zu beschreiben, dass der Bewerber den Baugrund und seine Tragfähigkeit, die Grundwasserverhältnisse und die Einflüsse benachbarter Gewässer auf das Bauwerk und die Bauausführung hinreichend beurteilen kann. VOB, Teil A: 16, Ziffer l: Der Auftraggeber soll erst dann ausschreiben, wenn alle Verdingungsunterlagen fertiggestellt sind und wenn innerhalb der angegebenen Fristen mit der Ausführung begonnen werden kann. VOB, Teil B: 4 Ziffer 3: Hat der Auftragnehmer Bedenken gegen die vorgesehene Art der Ausführung (auch wegen der Sicherung gegen Unfallgefahren), gegen die Güte der vom Auftraggeber gelieferten Stoffe oder Bauteile oder gegen die Leistungen anderer Unternehmer, so hat er sie dem Auftraggeber unverzüglich möglichst schon vor Beginn der Arbeiten schriftlich mitzuteilen; der Auftraggeber bleibt jedoch für seine Angaben, Anordnungen oder Lieferungen verantwortlich. VOB, Teil B: 6 Ziffer 1: Glaubt sich der Auftragnehmer in der ordnungsmäßigen Durchführung der Leistung behindert, so hat er es dem Auftraggeber unverzüglich schriftlich anzuzeigen. Unterlässt er die Anzeige, so hat er nur dann Anspruch auf Berücksichtigung der hindernden Umstände, wenn dem Auftraggeber offenkundig die Tatsache und deren hindernde Wirkung bekannt waren. VOB, Teil B: 18 Ziffer 3: Bei Meinungsverschiedenheiten über die Eigenschaften von Stoffen, für die allgemein gültige Prüfungsverfahren bestehen, und über die Zulässigkeit oder Zuverlässigkeit der bei der Prüfung verwendeten Maschinen oder angewendeten Prüfungsverfahren kann jede Vertragspartei nach vorheriger Benachrichtigung der anderen Partei die materialtechnische Untersuchung durch eine staatliche oder staatlich anerkannte Materialprüfungsstelle vornehmen lassen, deren Feststellungen verbindlich sind. Die Kosten trägt der unterliegende Teil. Nach diesen Bestimmungen liegt das Baugrundrisiko grundsätzlich beim Bauherrn. J.2 Eurocode 7 und DIN 1054: sowie DIN 4020: Entwurf und Bemessung von Bauwerken der Geotechnik sind einheitlich für Europa in DIN EN : (bezeichnet als EC 7-1, Eurocode 7, Teil 1, aktuelle Fassung September 2009) Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik geregelt. Enthalten sind vor allem Erdbauwerke, Wasserhaltungen, Baugrundverbesserungen, Flach- und Tiefgründungen, im Baugrund eingebettete Bauwerke, Verankerungen, Stützbauwerke und Baugruben sowie Böschungen. Primär geht es um den gebotenen Aufwand, um die öffentlich geforderte Sicherheit geotechnischer Bauwerke zu erreichen. Die europäische Norm lässt nationale Detailregelungen zu (national determined parameter, additional non contradictory rules). Dazu gibt es für Deutschland einen Nationalen Anhang zu EC 7-1 (DIN EN /NA: ) und eine ergänzende Norm DIN 1054: "Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergänzende Regelungen zu DIN EN ". Alle genannten Dokumente sind in einem "Handbuch Eurocode 7 Geotechnische Bemessung" (DIN Handbuch Eurocode 7) zusammengefasst. Die genannte aktuelle geotechnische Normung wird im Juli 2012 verbindlich deutschlandweit bauaufsichtlich eingeführt. Zusätzlich gibt es den EC 7-2 (DIN EN : ), in dem die Erkundung und Untersuchung des Baugrunds geregelt ist, ebenfalls ergänzt um einen Nationalen Anhang (DIN EN /NA: ) und eine Ergänzungsnorm (DIN 4020: ).

6 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.6 J.2.1 Teilsicherheitskonzept Das Sicherheitsniveau eines Bauwerks ist abhängig von Einwirkungen und von Widerständen. Im Teilsicherheitskonzept werden die im System nachzuweisenden Sicherheiten sowohl auf die beteiligten Einwirkungen als auch auf die Widerstandsgrößen aufgeteilt. J.2.2 Ausgewählte Abkürzungen F Einwirkung (Force) k charakteristischer Wert (characteristic) E Beanspruchung (Effect) d Bemessungswert (design) R Widerstandsgröße (Resistance) N vertikale Beanspruchungen normal zur untersuchten Fuge G Eigenlast T horizontale Beanspruchungen normal zur untersuchten Fuge Teilsicherheitsbeiwert / Wichte: Bedeutung ist aus dem Zusammenhang erkennbar Tabelle J02.10: Ausgewählte Abkürzungen J.2.3 Beanspruchungen Eine Beanspruchung kann aus verschiedenen Einwirkungen, für die charakteristische Werte festgelegt werden, resultieren, und veränderliche Werte werden mit Hilfe von Kombinationsregeln entsprechend DIN EN :2010:12 zu repräsentativen Einwirkungen und Beanspruchungen verknüpft. Charakteristische Beanspruchungen sind besondere repräsentative Beanspruchungen. Beanspruchungen aus ständigen Lasten und aus veränderlichen Lasten sind separat zu ermitteln, da sie mit verschiedenen Teilsicherheitsbeiwerten multipliziert werden müssen. Multipliziert man die repräsentativen Beanspruchungen E rep mit den Teilsicherheitsbeiwerten für Beanspruchungen E, so erhält man Bemessungswerte E d : E d = E rep E Einwirkung bzw. Beanspruchung Formelzeichen Bemessungssituation BS-P BS-T BS-A HYD und UPL: Grenzzustand des Versagens durch hydraulischen Grundbruch und AufschwimmenVerlustes der Lagesicherheit Destabilisierende ständige Einwirkungen (Auftrieb) a G,dst 1,05 1,05 1,00 Stabilisierende ständige Einwirkungen (Eigengewicht) G,stb 0,95 0,95 0,95 Destabilisierende veränderliche Einwirkungen Q,dst 1,50 1,30 1,00 Stabilisierende veränderliche Einwirkungen Q,stb Strömungskraft bei günstigem Untergrund H 1,35 1,30 1,20 Strömungskraft bei ungünstigem Untergrund H 1,80 1,60 1,35 EQU: Grenzzustand des Verlustes der Lagesicherheit Ungünstige ständige Einwirkungen G,dst 1,10 1,05 1,00 Günstige ständige Einwirkungen G,stb 0,90 0,90 0,95 Ungünstige veränderliche Einwirkungen Q 1,50 1,25 1,00 STR und GEO-2: Grenzustand des Versagens von Bauwerken, Bauteilen und Baugrund Beanspruchung aus ständigen Einwirkungen allgemein a G 1,35 1,20 1,10 Beanspruchungen aus günstigen ständigen Einwirkungen b G,inf 1,00 1,00 1,00 Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen aus Erdruhedruck G,E0 1,20 1,10 1,00 Beanspruchung aus ungünstigen veränderlichen Einwirkungen Q 1,50 1,30 1,10 Beanspruchung aus günstigen veränderlichen Einwirkungen Q GEO-3: Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstandsicherheit Ständige Einwirkungen G 1,00 1,00 1,00 Ungünstige veränderliche Einwirkungen Q 1,30 1,20 1,00 SLS: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit G = 1,00 für ständige Einwirkungen Q = 1,00 für veränderliche Einwirkungen einschließlich ständigem und veränderlichem Wasserdruck b nur im Sonderfall nach A (2). Tabelle J02.20: Teilsicherheitsbeiwerte F bzw. E für Einwirkungen und Beanspruchungen (Tab. A2.1 DIN 1054: )

7 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.7 Die Größe der Teilsicherheitsbeiwerte richtet sich u.a. nach der statistischen Streubreite der Einwirkungen. So wird z.b. auf der Einwirkungsseite das relativ genau ermittelbare, günstig wirkende Eigengewicht einer Konstruktion der Bemessungssituation BS-P für Auftriebsnachweise mit dem Teilsicherheitsfaktor G,stb = 0,95 reduziert. Für die wesentlich breiter streuenden veränderlichen ungünstig wirkenden Einwirkungen, wie z.b. Windlasten, beträgt der Faktor Q = 1,50. Bei mehrerer unabhängigen veränderlichen charakteristischen Einwirkungen Q k,i muss nicht davon ausgegangen werden, dass alle Einwirkungen gleichzeitig mit ihrem maximalen Bemessungswert auftreten. Zur Berücksichtigung werden Kombinationen mit Beiwerten ψ vorgenommen, wobei fallweise jeweils eine der unabhängigen Einwirkungen als Leiteinwirkung Q k,1 anzusetzen ist und die weiteren begleitenden Einwirkungen Q k,i mit Kombinationsbeiwerten reduziert werden. Q rep = Q k,1 + Σψ 0,i Q k,i und daraus Q d = Q rep Q Einwirkung ψ 0 ψ 1 ψ 2 Nutzlasten im Hochbau (Kategorien siehe EN ) a Kategorie A: Wohn und Aufenthalträume 0,7 0,5 0,3 Kategorie B: Büros 0,7 0,5 0,3 Kategorie C: Versammlungsräume 0,7 0,7 0,6 Kategorie D: Verkaufsräume 0,7 0,7 0,6 Kategorie E: Lagerräume 1,0 0,9 0,8 Kategorie F: Verkehrsflächen, Fahrzeuglast 30 kn 0,7 0,7 0,6 Kategorie G: Verkehrsflächen, 30 kn Fahrzeuglast 160 kn 0,7 0,5 0,3 Kategorie H: Dächer Schnee- und Eislast, siehe DIN EN Orte bis NN m 0,5 0,2 0 Orte über NN m 0,7 0,5 0,2 Windlasten, siehe DIN EN ,6 0,2 0 Temperatureinwirkungen (nicht Brand), siehe DIN EN ,6 0,5 0 Baugrundsetzungen, siehe DIN EN ,0 1,0 1,0 Sonstige Einwirkungen 0,8 0,7 0,5 a Abminderungsbeiwerte für Nutzlasten in mehrgeschossigen Hochbauten siehe DIN EN b Flüssigkeitsdruck ist im Allgemeinen als eine veränderliche Einwirkung zu behandeln, für die die ψ-beiwerte standortbedingt festzulegen sind. Flüssigkeitsdruck dessen Größe durch geometrische Verhältnisse oder aufgrund hydrologischer Randbedingungen begrenzt ist, darf als eine ständige Einwirkung behandelt werden, wobei ψ-beiwerte gleich 1,0 zu setzen sind. c ψ-beiwerte für Maschinenlasten sind betriebsbedingt festzulegen Tabelle J02.30: Zahlenwerte für Kombinationsbeiwerte im Hochbau (Tab. NA1.1 DIN EN 1990/NA: ) ψ 0, ψ 1 und ψ 2 stehen dabei für Kombinationsbeiwerte bei seltenen, häufigen und quasi-ständigen Einwirkungen. Die Kombinationsbeiwerte berücksichtigen die reduzierte Wahrscheinlichkeit, dass mehrere veränderliche Einwirkungen gleichzeitig in vollem Umfang auftreten. Nachweise müssen mit der ungünstigsten Lastkombination geführt werden. J.2.4 Bemessungssituationen Nach dem Eurocode 7 wird nicht mehr nach Lastfällen unterschieden wie in DIN 1054:2005, sondern nach Bemessungssituationen. Die Bemessungssituationen sind unter Berücksichtigung der Gegebenheiten, bei denen das Tragwerk seine Funktion erfüllen muss, zu bestimmen. Sie sind wie folgt einzuteilen: - Ständige Situationen, die den üblichen Nutzungsbedingungen des Trakwerks entsprechen (BS-P); P steht für persistent. - Vorübergehende Situationen, die sich auf zeitlich begrenzte Zustände des Tragwerks beziehen, z.b. Bauzustand oder Instandsetzung (BS-T); T steht für transient - Außergewöhnliche Situationen, die sich auf außergewöhnliche Bedingungen für das Tragwerk beziehen, z.b. Anprall oder Folgen lokalen Versagens (BS-A); A für accidential - Situationen bei Erdbeben, die die Bedingungen bei Erdbebeneinwirkungen auf das Tragwerk umfassen (BS-E)

8 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.8 Je nach Bemessungssituationen werden die Bemessungswerte der Beanspruchungen, die sich durch die Einwirkungen auf das Tragwerk ergeben, anders bestimmt: Für die Bemessungssituationen BS-P und BS-T: E d G,j E(Gk,j )" " P E(Pk )" " Q,1 E(Qk,1 )" " Q,i 0,i E(Qk,i ) ( + steht für in Verbindung mit ) j 1 i 1 Für die Bemessungssituation BS-A: E d G,j E(Gk,j )" " P E(Pk )" "E(A d)" " Q,1 ( 1 oder 2) E(Qk,1 )" " Q,i 2,i E(Qk,i ) j 1 i 1 G k,j ständige charakteristische Einwirkung P k charakteristische Einwirkung aus Vorspannung Q k,1 Leiteinwirkung der veränderlichen Einwirkungen Q k,i i-te veränderliche Einwirkung (Begleiteinwirkungen) A d Bemessungswert einer außergewöhnlichen Einwirkung J.2.5 Widerstände Die charakteristischen Widerstandsgrößen R k werden mit den Teilsicherheitsbeiwerten für Widerstände R zu den Bemessungswiderständen R d abgemindert: R d = R k / R Widerstand Formelzeichen Bemessungssituation BS-P BS-T BS-A STR und GEO-2: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen und Baugrund Bodenwiderstände Erdwiderstand und Grundbruchwiderstand R,e, R,v 1,40 1,30 1,20 Gleitwiderstand R,h 1,10 1,10 1,10 Pfahlwiderstände aus statischen und dynamischen Pfahlprobebelastungen 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 Pfahlwiderstände auf der Grundlage von Erfahrungswerten Druckpfähle b, s, t 1,40 1,40 1,40 Zugpfähle (nur in Ausnahmefällen) s,t 1,50 1,50 1,50 Herausziehwiderstände Boden- bzw. Felsnägel a 1,40 1,30 1,20 Verpresskörper von Verpressankern a 1,10 1,10 1,10 Flexible Bewehrungselemente a 1,40 1,30 1,20 GEO-3: Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstandsicherheit Scherfestigkeit Reibungsbeiwert tan des dränierten Bodens und Reibungsbeiwert tan u des undränierten Bodens Kohäsion c des dränierten Bodens und Scherfestigkeit c u des undränierten Bodens Herausziehwiderstände Siehe STR und GEO-2, u 1,25 1,15 1,10 c, cu 1,25 1,15 1,10 Tabelle J02.40: Teilsicherheitsbeiwerte R für Widerstände (Tab. A2.3 DIN 1054: ) Die globale Sicherheit, die eine charakteristische Situation vom Grenzzustand trennt, ist das Produkt von Teilsicherheitsbeiwerten auf der Einwirkungsseite und solchen auf der Widerstandsseite. Die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite sind für das gesamte Bauwesen einheitlich festgelegt. In der Geotechnik wurden die Teilsicherheitsbeiwerte

9 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.9 auf der Widerstandsseite derart festgelegt, dass damit das langjährig positiv erfahrene globale Sicherheitsniveau beibehalten werden konnte, mit dem erfahrungsgemäß hinreichend robuste Konstruktionen entstehen. Z.B. wird der charakteristische Widerstand gegen Gleiten in der Bemessungssituation BS-P mit dem Teilsicherheitsbeiwert R,h = 1,10 abgemindert, der Grundbruchwiderstand mit R,e/R,v = 1,40. Unter Berücksichtigung eines gewichtet gemittelten Teilsicherheitsbeiwerts 1,4 für ständige ( G = 1,35) und veränderliche ( Q = 1,5) Einwirkungen bleiben damit die bewährten globalen Sicherheiten von 1,5 für Gleiten und 2,0 für Grundbruch praktisch erhalten. J.2.6 Grenzzustände Zum Nachweis einer ausreichenden Sicherheit müssen Grenzzustands(un-)gleichungen erfüllt werden, bei GEO und STR wird nachgewiesen, dass E d R d ist. Es wird also nachgewiesen, dass die Bemessungswerte der Beanspruchungen kleiner sind als die Bemessungswerte der Widerstände. Bei EQU, HYD und UPL wird nachgewiesen, dass die destabilisierenden Bemessungswerte der Beanspruchungen kleiner sind als die stabilisierenden Werte: E dst,d E stb,d. Weiterhin wird unterschieden zwischen Grenzzuständen der Tragfähigkeit (ULS: Ultimate Limit State) und Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (SLS: Serviceability Limit State). Bei den Grenzzuständen der Tragfähigkeit wird unterschieden in: EQU: Grenzzustände des Verlustes der Lagesicherheit Versagen des Bauwerks durch Gleichgewichtsverlust des Baugrunds als starren Körper. HYD und UPL: Gleichgewichtsverlust des Bauwerks aufgrund von hydraulischem Grundbruch bzw. Aufschwimmen STR und GEO: Grenzzustände des Versagens von Bauwerken und Bauteilen und Baugrund Versagen von Bauteilen bzw. eines Bauwerks durch Bruch im Bauwerk (STR) oder durch Bruch oder übermäßige Verformungen des stützenden Baugrundes (GEO), z.b. Gleiten, Grundbruch, Versagen des Erdwiderlagers vor einem Verbau, Geländebruch. Bei GEO wird unterschieden in GEO-2 und GEO-3, womit auf die im Eurocode angegebenen Nachweisverfahren Bezug genommen wird. Bei GEO-2 werden die Bemessungswerte der Widerstände unter Zugrundelegung charakteristischer Werte der Scherparameter und von Lastneigung und Lastexzentrizität (beim Grundbruch) ermittelt. Bei GEO-3 werden für die Ermittlung der Bemessungswerte der Widerstände die charakteristischen Parameter der Scherfestigkeit ( ', c', c u ) mit Teilsicherheitsbeiwerten abgemindert (tan( d ) = tan( k / ) und c d = c k / k ). Die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit beschreiben Zustände, bei deren Überschreitung die für eine zweckgemäße Nutzung festgelegten Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, z.b. große Setzungen, Verkantungen, Durchbiegungen, aber auch Risse im Bauwerk. J.3 Beobachtungsmethode Da es nicht immer möglich ist, die Eigenschaften des Baugrundes im Voraus mit wirtschaftlichen Mitteln ausreichend genau zu ermitteln, kann man im Einvernehmen mit der Bauaufsicht und dem Bauherrn so planen, dass während der Bauausführung auf die dann angetroffenen Bedingungen angemessen reagiert werden kann. Dies wird Beobachtungsmethode genannt. Sie wird traditionell im Tunnelbau angewendet. Dazu muss bei Baubeginn vorliegen: - eine Aufstellung denkbarer kritischer Situationen während der Bauausführung; - die Festlegung eines Systems von Kontrollmessungen und von Grenzwerten, um das Annähern an kritische Zustände rechtzeitig erkennen zu können und bei deren Erreichen reagiert werden muss; - Planung und Vorhaltung von "Schubladenlösungen", Maßnahmen, Geräten und Materialien, um rechtzeitig Zusatzmaßnahmen ergreifen zu können, mit denen sich ankündigende kritischen Fälle verhindert werden. Die Kontrollmessungen müssen so ausgelegt sein, dass die Messdaten unmittelbar in die für weitere Nachweise erforderlichen Rechenmodelle eingehen können (z.b. Anpassung von rechnerischen Steifigkeitswerten derart, dass die gemessene Verformungen nachvollzogen werden; nachweisen, dass mit den derart neu ermittelten Parametern und ggfs. Zusatzmaßnahmen die Grenzgleichgewichtsbedingungen eingehalten werden können).

10 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.10 J.4 Besondere Belastungen für Bauwerke der Geotechnik J.4.1 Schwingbeiwerte Nach DIN 1072 brauchen im Brückenbau die entsprechenden Einwirkungen bei der Berechnung von Widerlagern, Pfeilern und Gründungskörpern nicht mit einem Schwingbeiwert vervielfacht zu werden. Ausnahme sind unmittelbar befahrene Fundamente: hier müssen Stoßzahlen und Schwingbeiwerte in die Verkehrslasten eingerechnet werden. Der Verzicht auf die Einrechnung dynamischer Beiwerte im Regelfall geht von der Überlegung aus, dass die dynamische Energie auf dem Wege vom Erregerort bis zum Fundament stark dissipiert wird (Dämpfung). Bei Maschinenfundamenten trifft diese Überlegung nicht zu. Hier sind zyklisch veränderliche Lasten sowohl bei der Lastgröße als auch mit ihren Auswirkungen im Baugrund (ab einem gewissen Beanspruchungsniveau können nicht zur Ruhe kommende Verformungen auftreten!) zu beachten. J.4.2 Erdbeben Erdbeben können bei Erdbauwerken maßgebende Lastfälle werden. Üblicherweise wird - auf der sicheren Seite liegend - die je nach Erdbebenzone anzusetzende Horizontalbeschleunigung als gleichzeitig auf die gesamte Erdmasse wirkend angesetzt. J.4.3 Wasserdrücke Bei Grundbauwerken, die im offenen oder im Grundwasser stehen, treten Wasserdrücke als Einwirkungen auf. Zur Festlegung des Bemessungswasserstandes bei Bauwerken im Grundwasser siehe Vorlesung "Bauen im Grundwasser". Im Bereich offener Gewässer ergeben sich die Bemessungswerte von Wasserdrücken aus den nachfolgend genannten charakteristischen Drücken durch einen additiven Zuschlag bzw. Abschlag von (unverbindlich) 0,5 m. J Hydrostatischer Druck im offenen Wasser Die Wasserstände variieren und werden wie folgt bezeichnet: HHW höchstes Hochwasser (je gemessen) MHW mittleres Hochwasser (Mittelwert über einen Beobachtungszeitraum) HW Hochwasser MW Mittelwasser NW Niedrigwasser MNW mittleres Niedrigwasser (Mittelwert über einen Beobachtungszeitraum) NNW niedrigstes Niedrigwasser (je gemessen) im Bereich von Gezeiteneinfluss: MThw mittleres Tidehochwasser MTnw mittleres Tideniedrigwasser HHThw höchstes je beobachtetes Gezeitenhochwasser NNTnw niedrigstes je beobachtetes Gezeitenniedrigwasser. Wegen der anzusetzenden Differenzwasserdrücke siehe die Empfehlung E 19 aus EAU Auch Grundwasser kann extreme Schwankungen zeigen. Für die Bemessung auf Wasserdruck genügt die Angabe eines oberen und eines unteren charakteristischen Wertes. In der Vorlesung S, "Bauen im Grundwasser" werden zugehörige Maßnahmen aufgezeigt, um die Grundwasserstände im Rahmen der Bemessungswerte zu halten. J Strömungsdruck im Grundwasser: Im Bodenvolumen wird eine Strömungskraft mit S = i w V erzeugt, siehe Vorlesung G, "Wasser im Boden". Darin sind i - Strömungsgefälle, w - Wichte des Wassers, V - durchströmtes Volumen. im offenen Wasser: Wenn v die Relativgeschwindigkeit eines Tauchkörpers gegenüber dem Wasser ist, tritt ein Strömungsdruck q auf:

11 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.11 q = 0,5 c v 2 ρ. Darin ist c ein Formbeiwert (s. z. B. HÜTTE I, 28. Auflage, S. 796). ρ [t/m 3 ] ist die Dichte des Wassers unter Berücksichtigung des Salzgehalts (Nordsee: 1,025 t/m 3 ). Der Strömungsdruck spielt statisch meist nur eine untergeordnete Rolle. J Wellendruck Zu unterscheiden sind Oberflächenwellen im tiefen Wasser (Wellenenergie wird nur in einer Grenzschicht zur Atmosphäre transportiert; der tiefere Wasserbereich bleibt in Ruhe) von Flutwellen im seichten Wasser. Die Wellengeschwindigkeit v w variiert bei Oberflächenwellen mit der Wellenlänge. Dadurch Interferenzeffekte mit überhohen Wellen geringer Frequenz ("1000. Welle"). Bei Flutwellen ist konstant v w C g d bei konstanter Wassertiefe d (g - Erdbeschleunigung, C - Konstante). Da d zum Ufer hin abnimmt, werden auch v w und die Vertikalamplitude der Welle zum Ufer hin kleiner. Gleichzeitig wird der tiefere Teil der Flutwelle durch Sohlreibung so weit verzögert, dass der Wellenkamm schließlich überkippt (Brandung). Die Bedingung für das Eintreten der Brandung ist (Bild J05.10) d - 0,5 H = 0,79 H V w H d 2 Bild J05.10: Wellendruck beim Eintreffen auf die Brandung H Die von Flutwellen auf Bauwerke ausgeübten Kräfte setzen sich aus dem Wellendruck und, falls das Bauwerk gerade in einer brechenden Welle steht, dem Wellenstoß (dynamischer Impuls) zusammen: Flutwelle - nicht gebrochen, daher Wellenstoß vernachlässigbar. Druckberechnung angenähert nach dem Verfahren von SAINFLOU (EAU, 1980). Bild J05.20: nicht gebrochene Flutwelle, Definitionen (EAU, 1980) Dort bedeuten: H Höhe der anlaufenden Welle [m]

12 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.12 L h h d s Länge der anlaufenden Welle [m] Wasserspiegelanhebung bei Wellenbewegung = Höhendifferenz zwischen dem Ruhewasserspiegel und der mittleren Spiegelhöhe im Refelxionsbereich vor der Wand: H h L 2 2 d coth L [m] Differenzhöhe zwischen dem Ruhewasserspiegel vor der Wand und dem Grundwasser- bzw. rückwärtigen Hafenwasserspiegel [m] Wassertiefe beim Grundwasser- bzw. rückwärtigen Hafenwasserspiegel [m] Wichte des Wassers [kn/m 3 ] p 1 p 0 p x Druckerhöhung (wellenberg) bzw. -verringerung (Wellental) am Fußpunkt des Bauwerks infolge Wellenwirkung: p 1 2 d H/ cosh L [kn/m 2 ] maximale Wasserüberdruckordinate in Höhe des landseitigen Wasserspiegels: p0 (p1 H h h d) H h d [kn/m 2 ] Wasserüberdruckordinate in Höhe des Wellentales: p x (H h h) [kn/m 2 ] Das Verfahren geht von der Vorstellung der Total-Reflektion aus, die nur bei langgestreckten Ufermauern zutrifft: die Wellenspitze liegt dann um H + h über dem Ruhewasserspiegel infolge der Trochoidenform der Wasserwelle. Flutwelle - gebrochen, Wellenstoßkraft nicht vernachlässigbar, aber analytisch bisher nicht erfassbar; daher meist Modelluntersuchungen. Für Vorberechnungen wird in EAU 1990 der Ansatz nach MINIKIN (1963) empfohlen, s. a. Empfehlung E135. Sobald die Flutwelle gebrochen ist, läuft sie mit gleicher Höhe und Geschwindigkeit weiter, doch ohne eine Schwingungsbewegung der Wasserteilchen. Die Wellendrucklast ist dann geringer als vor dem Brechen. Bei Pfählen (Durchmesser D) werden die Wellen nicht reflektiert, sondern nur etwas aufgestaut. Lastermittlung nach dem Verfahren von MORISON et al. (1950); Wellendruckkraft p w ist danach für einen runden Pfahl: mit A ρ w u P w = 0,6 w u u + 2 w A ( u/ t) = P D + P M Pfahldurchmesser, Dichte des Wassers, horizontale Geschwindigkeitskomponente der Wasserteilchen am Pfahlort [m/s] Näheres siehe auch E 159 der EAU (1980). Man beachte, dass die Anteile P D und P M (s.a. Bild J05.30) um 90 o phasenverschoben sind. P M ist eine Massenkraft infolge der Trägheit des verdrängten Wasservolumens. Bild J05.30: gebrochene Flutwelle (EAU, 1980)

13 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.13 J.4.4 Eisdruck Zum Eisdruck gibt HAGER (1990) die für den Grundbau notwendigen Hinweise. Eine Auswertung des wenigen Schrifttums auf diesem Gebiet ergibt folgendes Bild: Abkühlendes Wasser kristallisiert in einer zusammenhängenden Eisdecke; oder in Form suspendierter Kristalle, die im turbulent bewegten Wasser nicht zusammenwachsen; oder als Grundeis an Bauteilen unterhalb des Wasserspiegels. Für den Eisdruck auf Bauwerke ist die Eisdecke oder die treibende Eismasse von Bedeutung. Bei Frost bildet sich eine Eisdecke, deren Dicke mit zunehmender Abkühlung wächst. Wie Bild J05.40 (ANDERSON, 1960) zeigt, zieht sich die Eisdecke wie alle festen Körper bei Abkühlung zusammen. Dabei reißt sie wegen der geringen Zugfestigkeit des Eises auf (Zugrisse über die halbe Plattendicke). Die begrenzte Wärmeleitfähigkeit vermindert die zeitliche Zunahme der Dicke, wobei eine Schneedecke isolierend wirkt. Bei wieder ansteigender Temperatur dehnt sich das Eis aus ( = ) und verspannt sich zwischen festen Rändern, wenn der Temperaturanstieg so schnell erfolgt, dass diese Zwangsspannungen nicht durch Kriechen relaxieren. Die Bilder J05.50 und J05.60 geben Hinweise auf die Abhängigkeit des statischen Eisdrucks von Temperatur, Temperaturänderung und Eisdicke Temperatur [ºC] Bild J05.40: Eisdruck auf Bauwerke (ANDERSON, 1960) (ROSE, 1947; GAITHER, 1968/69) bei unbehinderter Ausdehnung. Bei behinderter Ausdehnung empfiehlt sich ein Zuschlag von 50%. Dichte von Eis [t/m³] 0,95 0,94 0,93 0,92 Max 1,008 bei +1,86º 0,917 Max 1,016 bei -0,31º Sprunghafte Änderung durch Salzausfallung 0, Volumenverminderung 0,5 0,3 0-22,9º % Salzgehalt (Meerwasser : 2,47%) Eisdicke [m] Eisdruck [kn/cm²] 1 4º 6º 8º 0,2 Ausgangstemperatur: -35ºC Temperaturanstieg je h 0, Eisdruckkraft [kn/m] Bild J05.50: Eisdruckkraft zu Eisdicke (ROSE, 1974) Grad Celsius je h Temperaturzunahme Bild J05.60: Temperaturzunahme zu Eisdruck (GAITHER, 1968/69) Die Eisdicke korreliert mit der Summe der Frosttage (s. Abschnitt D.8), s. a. HAGER (1990). Treibeis Treibeis tritt in Form von Bergen oder Schollen auf. Seine Bewegungsrichtung resultiert aus der Wind- und Strömungsrichtung. Wenn Treibeis auf ein Hindernis trifft, bricht es am Kontaktpunkt solange weg, bis die Kontaktspannung kleiner als die Fließspannung des Eises ist. Bauwerke wirken als Eisbrecher. Eisstoßkräfte sind wie Schiffsstoßkräfte Massen-

14 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.14 kräfte, d. h. geschwindigkeitsabhängig. Geschwindigkeit bei langsamem Antreiben etwa 1 km/h. Treibrichtung unklar: Bauwerke, die mehr als 1 km vom Ufer entfernt sind, können allseitig beaufschlagt werden (TRYDE, 1973). Brechen des Eises nicht stetig, sondern rhythmisch mit Frequenz von 1-5 Hz ohne Rücksicht auf die Eigenfrequenz des Bauwerks. Abriebeffekt am Bauwerk durch mitgeschlepptes Geschiebe! Vertikallast durch Aufhängen am Bauwerk vor allem bei Pfählen beachtlich! - Maßgebend für Treibeislast ist die Eisfestigkeit. Sie hängt ab von Reinheit und Luftblasengehalt (Natureis ist weicher als Laboreis); Belastungsgeschwindigkeit (Fließgrenze nimmt mit der Geschwindigkeit ab); Eistemperatur (s. Bild J05.60); Eisdicke (LAUCHT, 1963; RUCK / FREUND, 1969); Salzgehalt. Angaben zur Festigkeit bei HAGER (1990). Eislasten müssen vom Bauherrn in den Ausschreibungsunterlagen genannt werden. Sie ergeben in der BRD nur im Bereich der Ostsee maßgebende Bemessungslasten, während in der Nordsee eher die Wellenlasten maßgebend sind. J.4.5 Winddruck Maßgebend ist DIN 1055, Teil 4. Spitzenlasten werden durch eine durchziehende Bö erzeugt. Beim offenen Wasser ist die Wechselwirkung Wasser/Luft zu beachten: der von einem Sturm verursachte Wellengang klingt noch 1-2 Tage nach, wenn sich die Luft schon beruhigt hat (bei Versorgung von Seebaustellen zu beachten). J.4.6 Kolke Unter einem Kolk versteht man eine durch Wirbelströmungen verursachte trichterförmige Vertiefung einer Gewässersohle. Er entsteht deswegen insbesondere dann, wenn im strömenden Wasser ein strömungstechnisch ungünstig geformtes Bauteil, z. B. ein Pfahl für ein Baugerüst, abgesetzt wird oder wenn Schiffsschrauben zu nahe an der Sohle arbeiten (s. E83 aus EAU, 1980). Das sogenannte Hjulstrøm-Diagramm (siehe Vorlesung G, "Wasser im Boden") gibt eine Beziehung zwischen dem für die Gewässersohle kennzeichnenden Korndurchmesser und der kritischen Geschwindigkeit v w an, die diese Körner in Bewegung bringt. Kolktiefen lassen sich nicht vorausberechnen und müssen deswegen aufgrund von Erfahrung vorgegeben werden. J.4.7 Schiffsdruck, Schiffsstoß Bei Uferanlagen empfiehlt die E 38 (EAU, 1990), den Anlegedruck eines Schiffes als Druckkraft in gleicher Größe anzusetzen wie die entsprechende Poller-Zugkraft nach der E 12. Sie beträgt z. B. für ein Schiff von 5000 BRT 300 kn. Wenn Baukörper (Brückenpfeiler z. B.) jedoch unmittelbar an einer Fahrrinne stehen, muss auch eine Kollision als Unfall statisch berücksichtigt werden. So sind bei den Rheinbrücken folgende Lasten als Nominalwerte zu berücksichtigen: für Pfeiler im Bereich der dem Schiffsverkehr dienenden Wasserflächen in Fahrtrichtung 30 MN senkrecht zur Fahrtrichtung 15 MN; für Pfeiler auf den Vorländern in Fahrtrichtung 0,6 MN senkrecht zur Fahrtrichtung 0,3 MN, jeweils 1,5 m über dem höchsten Schifffahrtswasserstand. Die Lasten wurden vom Bundesverkehrsministerium nach der Stoßkraftformel 0,5 m v 2 und unter Berücksichtigung der Energievernichtung durch die Eigenverformung des Schiffes und einer Fahrtverzögerung ab 50 m Abstand vom Pfeiler berechnet. Bei großen Lasten aus Schiffstoß ist es zweckmäßig, Dalbenkonstruktionen zu errichten, die sich plastisch verformen. Die Bewegungsenergie des Schiffes wird dann in zerstörende Arbeit an der Dalbe umgesetzt (plastisches Moment der Dalbe multipliziert mit dem Drehwinkel an der Einspannstelle). J.5 Schrifttum ANDERSON (1960): Physical Constants of Sea Ice.Research Applied in Industry 13, No. 8, London.

15 Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen J.15 DIN 1054: und Berichtigungen 1,2,3 DIN 1054: (2010): Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergänzende Regelungen zu DIN EN DIN EN 1990/NA: (2010): Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung DIN EN : (2009): Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik -Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN /NA: (2010): Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN EN : (2010): Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN EN /NA: (2010): Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Baugrunds DIN Handbuch Eurocode 7 (2011): Geotechnische Bemessung, Band 1: Allgemeine Regeln, 1. Auflage, Beuth VerlagGmbH, Berlin DIN Handbuch Eurocode 7 (2011): Geotechnische Bemessung, Band 2: Erkundung und Untersuchung, 1. Auflage, Beuth Verlag GmbH, Berlin EAB (2006) Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.v. (DGGT), Verlag Ernst & Sohn, Berlin, (4. Auflage 2006), Nachdruck 2007 EA-Pfähle Empfehlungen des Arbeitskreises "Pfähle", herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT), Verlag Ernst & Sohn (2007) EAU (2004) Empfehlungen des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen, Häfen und Wasserstraßen", herausgegeben von der Hafenbautechnischen Gesellschaft e.v. (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT), 10. Auflage, Verlag Ernst & Sohn (2005) EBGEO Empfehlungen für Bewehrungen aus Geokunststoffen, herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e. V. (DGGT), Verlag Ernst & Sohn (2010) GAITHER, W. S. (1968/69): Ice Forces on Marine Structures.AIPCN 1, S HAGER, M. (1990): Eisdruck. In: Grundbautaschenbuch Teil 1, 4. Auflage, Kap Verlag Ernst & Sohn, Berlin. LAUCHT, H. (1963): Von den Eigenschaften des Eises. Mitteilungen des Franzius-Instituts Hannover, Nr.23, S ROSE, E. (1947): Thrust Exerted by Expanding Ice Sheet. Transactions ASCE 112, S RUCK, K. W. / FREUND, H. (1969): Ergebnisse und Untersuchungen über Festigkeiten von Ostsee- und Süßwassereis. Der Bauingenieur 44, S TRYDE, P. (1973): Beanspruchungen von Bauwerken durch Eisschollen. Verhandlungen des Internationalen Schiffahrtskongresses II-4.