Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung

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1 Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord Dr.-Ing. Martin Pohl BAW - DH / K1 Folie-Nr. 1

2 gültige Normen & Empfehlungen Nachweisführung GZ 1B Tragverhalten von Pfählen Gliederung axiale & horizontale Beanspruchung, negative Mantelreibung, Seiten-, Fließdruck Nachweisführung GZ 1A Zugpfähle, Zugpfahlgruppen Widerstände bei Einzelpfählen axial: Probebelastungen, Erfahrungswerte, horizontal, nicht ruhende Lasten, Knicken Pfahlgruppen Druckpfahlgruppen, horizontale Beanspruchung BAW - DH / K1 Folie-Nr. 2

3 Normen / Empfehlungen Eurocode 7 ( ) Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln DIN 1054 ( ) Entwurf ( ) Baugrund; Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau EA-Pfähle (2007) Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle EAU (2004) Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Häfen und Wasserstraßen BAW - DH / K1 Folie-Nr. 3

4 Normen / Empfehlungen DIN EN (neu), Kapitel 7: Hinweise zu Entwurf und Bemessung DIN (alt) Grundbau-Taschenbuch (z.b. 2001, Teil 3, Kapitel 3.2) Erlasse Ergänzende Informationen: - ZTV-W LB STLK LB 214 / 215 DIN ( ): Grundlagen der Tragwerksplanung DIN ( ): Stahlbauten DIN 1045 ( ): Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton BAW - DH / K1 Folie-Nr. 4

5 Pfahltypen Normen / Empfehlungen Bohrpfähle DIN EN 1536 (1999) / DIN Fachbericht Nr. 129 / EA-Pfähle, Kap / DIN 4014 (1990) Teilverdränger EA-Pfähle, Kap DIN 1054 (2005) Kap. 8 Mikropfähle DIN EN (2005) / EA-Pfähle, Kap / DIN 4128 (1983) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 5

6 Pfahltypen Normen / Empfehlungen Verdrängungspfähle DIN EN (2001) / DIN 4026 (1975) DIN 1054 (2005) Kap. 8 Fertigrammpfähle (Stahl, Stahlbeton) DIN EN / EA-Pfähle, Kap Ortbetonrammpfähle (Franki, Simplex) EA-Pfähle, Kap Vollverdrängungspfähle Schraubpfähle (Atlas, Fundex) EA-Pfähle, Kap Verpresste Verdrängungspfähle (VM, RI) EA-Pfähle, Kap BAW - DH / K1 Folie-Nr. 6

7 Teilsicherheitskonzept GZ 1B E k Einwirkungen Widerstände lockere Sande E d = E k. γ F R k / γ R = R d R k = R b,k + R s,k weicher bindiger Boden R b,k = q b,k. A b R s,k = Σ q s,k,i. A s,i R s,k dichte Sande R b,k BAW - DH / K1 Folie-Nr. 7

8 Teilsicherheiten GZ 1B Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung BAW - DH / K1 Folie-Nr. 8

9 Teilsicherheiten GZ 1B Quelle: DIN 1054 (2005) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 9

10 Tragverhalten E k E k E k lockere Sande k s,k weicher bindiger Boden R s,k R s,k dichte Sande R b,k BAW - DH / K1 Folie-Nr. 10

11 Tragverhalten negative Mantelreibung lockere Sande E k Effektive Spannungen: (nicht bindige Schichten) τ n,k = σ v. K 0. tan φ k Totale Spannungen: (bindige Schichten) τ n,k = α. c u,k DIN 1054: (α=1) weicher bindiger Boden τ n,k DIN 1054: τ n,k q s,k EA-Pfähle: τ n,k > q s,k möglich dichte Sande R b,k Neutraler Punkt (identische Setzungen) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 11

12 Tragverhalten Seitendruck Geländebruchberechnung (freigeschnittenes System) Seitendruckansatz Δe k = e a,k e p,k für Anfangs- und Endzustand p e,k = b. Δe k e a,k e p,k k s,k Einflussbreite b = Minimum aus: - mittlerer Pfahlachsabstand - dreifache a s bzw. D s - seitendruckerzeugende Schichtdicke - Pfahlgruppenbreite / Pfahlanzahl BAW - DH / K1 Folie-Nr. 12

13 Tragverhalten Fließdruck Fließdruck bei vorbeifließendem Boden P f,k = 7. η a. c u,k. D s [kn/m] Verbauverhältnis P f,k k s,k BAW - DH / K1 Folie-Nr. 13

14 Teilsicherheitskonzept GZ 1A (Zugpfähle) G k,dst treibende Kräfte haltende Kräfte lockere Sande destabilisierend stabilisierend G E,k weicher bindiger Boden dichte Sande Berücksichtigung von Scherkräften, wenn Konstruktion dies zulässt! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 14

15 Teilsicherheiten GZ 1A Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung BAW - DH / K1 Folie-Nr. 15

16 Einzelpfahl - Axiale Widerstände statische Probebelastungen Widerstands-Setzungslinie R k(s) = R b,k(s) + R s,k(s) s g = 0,10. D s [cm] Fertig-, Ortbetonrammpfähle: s sg* = 0,50. R s,k (s sg* ) [cm] 1 cm Bohrpfähle, Teil- / Vollverdränger: s sg = 0,50. R s,k (s sg ) + 0,5 [cm] 3 cm BAW - DH / K1 Folie-Nr. 16 Grenzsetzung s g = s1 (GZ1, DIN 1054)

17 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Einflüsse auf Streuungsfaktor ξ : Statische Probelastungen: Anzahl an Probebelastungen Kopfplatte starr / weich Dynamische Probebelastungen: s.o. Verfahren mit vollständiger Modellbildung / direktes Verfahren Kalibrierung an statischen Pfahlprobebelastungen Herleitung aus Erfahrungswerten BAW - DH / K1 Folie-Nr. 17

18 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte DIN 1054 (2005) Informative Anhänge Anhang B: Bohrpfähle Anhang C: Verdrängungspfähle Anhang D: Mikropfähle entfallen mit nächster Fassung!! (lt. EA-Pfähle) stattdessen EA-Pfähle (2007), Kapitel 5.4 BAW - DH / K1 Folie-Nr. 18

19 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte EA-Pfähle Regelfall Geotechnischer Sachverständiger BAW - DH / K1 Folie-Nr. 19

20 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte EA-Pfähle BAW - DH / K1 Folie-Nr. 20

21 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte EA-Pfähle BAW - DH / K1 Folie-Nr. 21

22 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte EA-Pfähle Frankipfahl untere / obere Erfahrungswerte für: nicht bindige Böden bindige Böden Geschiebemergel BAW - DH / K1 Folie-Nr. 22

23 Einzelpfahl - Axiale Widerstände Erfahrungswerte EA-Pfähle (reine) Mantelreibungspfähle: Rüttelinjektions- (RI) Pfähle: Spitzendruckansatz nur aus Probebelastungen Mikropfähle: kein Spitzendruckansatz Grenzhebung: s sg,z = 1,30. s sg Bei Zugpfählen sollten immer Pfahlprobelastungen durchgeführt werden! Nach Bauwerken getrennt zu betrachten!! BAW - DH / K1 Folie-Nr. 23

24 Einzelpfahl - horizontale Widerstände Erfahrungswerte aus horizontalen Pfahlprobebelastungen Bettungsmodul k s,k = E s,k / D s σ h,k e ph,k bei: u 2 cm oder 0,03. D s, Pfahlschaftdurchmesser D s 0,30 m bzw. a s 0,30 m Nachweis der Tragfähigkeit (GZ 1B) nicht erforderlich, wenn: LF1: H 3% V LF2: H 5% V (Vollständig im Boden eingebettete Pfähle) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 24

25 Einzelpfahl nicht ruhende Lasten Dynamische Lasten Bodenverflüssigung stark reduzierte Widerstände Stoßartige Lasten Bettungsmodul wie bei statischen Einwirkungen (ohne Trägheitskräfte) oder erhöhte Bettungsmodule (mit Trägheitskräften) Zyklische Wechsellasten > 20% R 2,k (Widerstand GZ 2) reduzierte Mantelreibung 40% reduzierter Spitzendruck vernachlässigbar BAW - DH / K1 Folie-Nr. 25

26 Einzelpfahl Knicken EA-Pfähle: Knicknachweis erforderlich wenn: -D s < 0,30 m; c u,k 15 kpa - Mikropfähle flüssige bis weiche Bodenschichten durchörtern Unterschiedliche Angaben in DIN 1054 (2005): c u,k 15 kpa Knicknachweis EC 7 (2005): c u,k > 10 kpa kein Knicknachweis BAW - DH / K1 Folie-Nr. 26

27 Druckpfahlgruppen Wechselwirkung bei Pfahlabstand unter 6 bis 8. D s DIN 1054: Steife Pfahlkopfplatte: Nachweis GZ 1B entfällt Nachweis GZ 2 erforderlich Weiche Pfahlkopfplatte: Einzelpfähle Nachweis GZ 1B BAW - DH / K1 Folie-Nr. 27

28 R 1,k,G = q b1,k. Σ A b,i + Σ q s,k,j. A s,j * Druckpfahlgruppen EA-Pfähle: großer Ersatzeinzelpfahl Einzelpfahl Gruppenpfahlwiderstand Abgewickelte Mantelfläche Ersatzpfahl Prüfung: Kopfplatte ausreichend bemessen für Lastumlagerung? (unterschiedliche Widerstands-Setzungs-Verhalten der Einzelpfähle) C p,k,i = R 2,k,i / s 2,k,i Ersatzfedersteifigkeit (linear) BAW - DH / K1 Folie-Nr. 28

29 Druckpfahlgruppen - Widerstände Randbedingungen / Vorgehensweise: 9 L 24 m; 0,3 D s 1,5 m, max. 9 Pfähle je Seite Nomogramme (Einflussfaktor Boden, Gruppengeometrie, -größe, Pfahlart) gültig für Bohrpfahlgruppen R G,i = R E. G R,i mit G R,i = λ 1. λ 2. λ 3 Pfahlwiderstand Einzelpfahl Gruppenpfahlwiderstand Gruppenfaktor (Einflussfaktor s.o.) Σ Pfahlwiderstände Gesamteinwirkung Anpassung der Setzungen BAW - DH / K1 Folie-Nr. 29

30 Druckpfahlgruppen - Widerstände bindig I: 5 Es 15 MPa bindig II: 15 Es 30 MPa nicht bindig: Es 25 MPa a = Pfahlachsabstand d = Pfahleinbindetiefe in tragfähige Schicht BAW - DH / K1 Folie-Nr. 30

31 Horizontale Beanspruchung von Pfahlgruppen DIN 1054 (2005) Anhang E & EA-Pfähle RBen: alle Pfähle annähernd gleiche horizontale Kopfverschiebung Abminderungsfaktor Anwendung Bettungsmodulverfahren Berechnung der elastischen Pfahllänge BAW - DH / K1 Folie-Nr. 31

32 Weitere erforderliche Nachweise Innere Bemessung (Materialversagen) E d R M,d Nachweis der Gesamtstandsicherheit (GZ 1C) Gelände- / Böschungsbruch Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2) E 2,d R 2,d vorh s 2,k zul s 2,k BAW - DH / K1 Folie-Nr. 32

33 Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung Danke für die Aufmerksamkeit! Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord Dr.-Ing. Martin Pohl BAW - DH / K1 Folie-Nr. 33