Tiefe Gleitfuge TGL. Handbuch für Anwender von Frilo-Statikprogrammen. Friedrich + Lochner GmbH 2009

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1 Tiefe Gleitfuge TGL Handbuch für Anwender von Frilo-Statikprogrammen Friedrich + Lochner GmbH 2009 Frilo im Internet info@frilo.de TGL Handbuch, Revision 1/2009 TGL - Tiefe Gleitfuge 1

2 Frilo-Programm: TGL - Tiefe Gleitfuge Dieses Handbuch informiert über die Grundlagen zum Programm TGL. Allgemeine Bedienungshinweise zu den Frilo-Programmen sind im Dokument "Bedienungsgrundlagen.pdf" zusammengefasst. Inhaltsverzeichnis Anwendungsmöglichkeiten... 3 Berechnungsgrundlagen... 4 Systemeingaben... 5 Anker... 6 Bodenschichten... 7 Erddruckordinaten und Bodenkennwerte... 8 Böschung... 9 Auflast, Blocklast Belastungsfigur Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge nach DIN1054: Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge nach DIN1054: Ausgabe Ergebnisse / Ausgabewerte Literatur Weitere Infos und Beschreibungen finden Sie in den relevanten Dokumentationen: Bedienungsgrundlagen.pdf Menüpunkte.pdf Ausgabe und Drucken.pdf Import und Export.pdf Projekte und Positionen - Datenverwaltung.pdf FL-Manager 2 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

3 Anwendungsmöglichkeiten Mit diesem Programm kann für verankerte Baugrubenwände die Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge überprüft werden. Für den Schnittkörper können maximal 10 verschiedene Ankerlagen und 21 unterschiedliche horizontale Bodenschichtungen berücksichtigt werden. Das Programm kann als eigenständiges Programm aufgerufen werden, aber auch in Verbindung mit den Programmen Spundwand SPU und Trägerbohlwand TRA, wobei in beiden Fällen wesentliche Eingabedaten selbständig übergeben werden.! TGL - Tiefe Gleitfuge 3

4 Berechnungsgrundlagen Grundlage des Berechnungsverfahrens ist das Verfahren von KRANZ (/3/), das von der Annahme ausgeht, dass der Gleitkörper zwischen Wand und Anker als starrer Körper auf einer ebenen Gleitfläche abrutscht, die sich zwischen Fußpunkt der Verbauwand und Mitte des Verpresskörpers aufspannt. Bild: Kräfte am Gleitkörper Bild: Kräfte am Gleitkörper (Krafteck) 4 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

5 Systemeingaben Wählen Sie zunächst in der Hauptauswahl die gewünschte Grundbaunorm - DIN bzw. - DIN In den Eingabefeldern des rechten Dialogfensters erfolgen zunächst grundlegende Eingaben. Danach rufen Sie weitere Eingabeschritte (Anker, Bodenschichten, Erddruckkoordinaten...) über die Hauptauswahl (Register Eingabe ) auf. Baugrubentiefe TB Abstand Sohle - Oberkante Wand Einbindetiefe TE Als Einbindetiefe gilt bei freier Lagerung der Abstand zwischen Sohle und Fußpunkt der Wand. Bei eingespannter Wand gilt der Abstand zwischen Sohle und Querkraftnullpunkt. Delta Aktiv Wandreibungswinkel Als Wandreibungswinkel wird standardmäßig = 2/3 angeboten. Delta Ersatzankerwand Wandreibungswinkel der Ersatzankerwand. Standardmäßig wird = 2/3 angeboten. Rechenoptionen Berücksichtigung des Mindesterddruckes: Nach EAB (EB4 Absatz 3) wird im Bereich bindiger Schichten ein Mindesterddruck (Kah = 0,2) aus Bodeneigengewicht berücksichtigt, wenn diese Option angewählt wird. Nach EAB (EB6 Absatz 5) wird außerdem bis zu einer Auflast von p = 10 kn/m 2 für die Ermittlung des Mindesterddruckes aus Auflast ein Erddruckbeiwert von 0,2 angesetzt. Erst ab einer höheren Auflast wird der tatsächliche Erddruckbeiwert für die Ermittlung des Mindesterddruckes infolge Auflast verwendet. Oberster Anker (ab Sohle) Ankerlage (Höhe = [m]) ab Sohle Klicken Sie auf diesen Button, um den Eingabedialog für die einzelnen Ankerlagen aufzurufen. Unbegrenzte Auflast Auflast q auf dem Gelände in kn/m² Diese Last wird nur bei ungünstiger Wirkung berücksichtigt. TGL - Tiefe Gleitfuge 5

6 Anker Doppelklick auf Anker in der Hauptauswahl oder Einfachklick auf den Button im Eingabeabschnitt Oberster Anker (ab Sohle). Die einzelnen Ankerlagen werden definiert durch: den Abstand des Ankers in der Verbauwand von der Geländeoberkante [m]; den Neigungswinkel der Ankerlagen gegenüber der Horizontalen [Grad]; die Ankerlänge [m] in der Neigungsrichtung der Anker, bis zur Mitte des Verpresskörpers, d.h. bis zur Ersatzankerwand; die Ankerabstände in Wandlängsrichtung [m]; die gesamte Ankerkraft (Horizontalkomponente), die den jeweiligen Anker beansprucht. Einfügen und Löschen von Tabellenzeilen Das Einfügen und Löschen einzelner Zeilen wird im Dokument Bedienungsgrundlagen beschrieben. 6 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

7 Bodenschichten Aufruf über den Punkt Bodenschichten in der Hauptauswahl. Zunächst müssen Sie für jede Schicht die Schichtdicke [m] sowie die Bodenkennwerte Gamma ( in kn/m³), den Winkel der inneren Reibung Phi ( in Grad) und die Kohäsion c [kn/m²] eingeben. Danach können Sie die Erddruckbeiwerte kah und kph entweder manuell vorgeben (durch Markieren der Option Erddruckbeiwerte vorgeben werden die Eingabefelder für kah und kph für die Eingabe freigegeben) oder vom Programm für jede Schicht berechnen lassen. Der Verbaukörper kann durch eine Flächenlast q [kn/m²] zusätzlich belastet sein. Im Programm wird diese Last jedoch nur bei ungünstiger Wirkung berücksichtigt. Einfügen und Löschen von Tabellenzeilen Das Einfügen und Löschen einzelner Zeilen wird im Dokument Bedienungsgrundlagen beschrieben. TGL - Tiefe Gleitfuge 7

8 Erddruckordinaten und Bodenkennwerte Aufruf über den Punkt Erddruckordinaten in der Hauptauswahl. Hier können Sie eine beliebige, vorab ermittelte Erddruckfigur eingeben. Wasserdruck wird beim Nachweis der Tiefen Gleitfuge nicht berücksichtigt. Der Wandreibungswinkel für den aktiven Erddruck ea an der Verbauwand und der Erddruck e1 an der Ersatzankerwand können jeweils als ganzzahlige Vielfache (0,1,2,3) von /3 ( = innerer Reibungswinkel) vorgewählt werden (Delta Aktiv/Ersatzankerwand ). Sie geben je Schicht die Erddruckordinaten eo und eu [kn/m²] an der Schichtgrenze sowie die Schicht-Dicke [m] und die Bodenparameter an. eo eu Gamma kah kph Phi c Dicke Erddruckordinate obere Schichtgrenze [kn/m²] Erddruckordinate untere Schichtgrenze [kn/m²] Wichte des Bodens [kn/m³] Beiwert für aktiven Erddruck Beiwert für passiven Erddruck Winkel der inneren Reibung Kohäsion [kn/m²] Schichtdicke [m] Bild: Vorgegebene Erddruckwerte 8 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

9 Böschung Aufruf über den Punkt Böschung in der Hauptauswahl. Böschungstyp keine: kontinuierlich: gebrochen: Keine Böschung vorhanden. Böschung, die am Wandkopf beginnt und kontinuierlich ansteigt. Eine gebrochene Böschung beschreiben Sie durch den Abstand des Böschungsbeginns vom Spundwandkopf sowie durch die Länge und die Höhe der Böschung. Den Böschungswinkel dürfen Sie nicht größer als der obersten Schicht ansetzen. Wenn Sie eine steilere Böschung berücksichtigen müssen, führen Sie eine zusätzliche erste Bodenschicht mit einem entsprechenden > ein. Nach Angabe der Böschungsparameter wird vom Programm der Steigungswinkel ermittelt und ausgewiesen. TGL - Tiefe Gleitfuge 9

10 Auflast, Blocklast Aufruf über den Punkt Zusatzlasten in der Hauptauswahl. Blocklasten werden durch den Abstand von der Wand, die Breite" senkrecht zur Wand, die "Länge" parallel zur Wand und die Höhenlage beschrieben. Das Maß für die Höhenlage ist positiv, wenn die Blocklast unterhalb des Wandkopfes liegt (nach oben negativ). Zusätzlich können Sie eine Auflast q auf dem Gelände vorsehen. Einfügen und Löschen von Tabellenzeilen Das Einfügen und Löschen einzelner Zeilen wird im Dokument Bedienungsgrundlagen beschrieben. 10 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

11 Belastungsfigur Aus den vorgegebenen Bodenkenngrößen wird die Erddruckfigur ermittelt. Die Erddruckordinaten (eo, eu) werden je Schicht vom Programm berechnet. Aus den einzelnen Lasteinflussgrößen werden die Erddruckanteile überlagert. Es sind folgende Erddruckanteile möglich: Erddruck infolge Bodengewicht: e = k γ h ah ah Erddruck infolge Verkehrslast: e = k p ah ah Erddruck infolge Vertikalspannung aus Blocklast (nur an Ersatzankerwand): e k ah ah z Erddruck infolge Böschung: e k Böschungshöhe ah ah Eine gebrochene Böschung über dem Wandkopf wird als zusätzliche, linear zunehmende Auflast auf der Geländeoberkante betrachtet. Die signifikanten geometrischen Werte der Erddruckfigur infolge dieser zusätzlichen Auflast sind aus Abb.5 ersichtlich. Es gilt: T k k ah k T und: T ah ah k ah k ah k ah Böschungshöhe kah = Beiwert für aktiven Erddruck (für horizontales Gelände) kah = Beiwert für aktiven Erddruck (für unter geneigtem Gelände) TGL - Tiefe Gleitfuge 11

12 Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge nach DIN1054: 1976 Das Berechnungsverfahren ermittelt die Kräfte in einem Grenzgleichgewichtszustand unmittelbar vor dem Gleitbruch. Der Nachweis wird für jeden Anker durchgeführt. Für den Sicherheitsnachweis wird eine momentenfreie Gleichgewichtsbetrachtung an einem inneren Schnittkörper angestellt, der durch die Lage von Verbauwand, Ersatzankerwand und Gleitfuge definiert ist. Bei Verpressankern ist die Mitte der wirksamen Verankerungslänge als Ort der Ersatzankerwand anzusehen. Der Schnittkörper wird von der aktiven Erddruckkraft E a an der Wandseite und den Reaktionskräften in der Gleitfuge gestützt. Bei bindigen Böden wird in der Gleitfuge eine Kohäsionskraft C in Richtung der Gleitfuge aktiviert. Eigengewichtskräfte G und Flächenlast q, sofern sie ungünstig wirken, sowie die Erddruckkraft E1 an der Ersatzankerwand beanspruchen den Gleitkörper. Die Blocklasten werden nur in ihrer ungünstigen Wirkung berücksichtigt: Für die Berechnung werden lediglich die Vertikalspannungen infolge Blocklast in der Gleitfuge angesetzt. Der aktive Erddruckanteil der Blocklast wirkt stützend auf den Gleitkörper und wird deshalb in der Rechnung nicht berücksichtigt. Für die Vertikalspannungen infolge Blocklast wird ein Ausbreitungswinkel von 45 Grad angenommen (vgl./2/, S. 64). Für jeden zur Blocklast parallelen Schnitt in einer Tiefe z existiert folglich ein durch die Schenkel des Ausbreitungswinkels begrenzter Bereich der Vertikalspannung. Die Vertikalspannung in einer Tiefe z unter der Blocklast ist in jedem Punkt des Ausbreitungsbereiches konstant. Sie ergibt sich als: z p z z ( 1 2 ) ( 1 2 ) Länge Länge 1 2 Ab einer bestimmten Schnitttiefe unter der Blocklast reicht der Ausbreitungsbereich der Vertikalspannungen aus der Blocklast über die Wand hinaus, d. h. ein Teil des Ausbreitungsbereiches befindet sich auf der der Blocklast abgewandten Seite der Wand. Der auf diesen Teil des Schnittes entfallende Spannungsanteil z2 wird zusätzlich zur ermittelten Spannung z1 im Schnittbereich von der Blocklastmitte bis zur Wand wirksam. Dies bedeutet, dass der Spannungsanteil, der auf den über die Wand hinausreichenden Ausbreitungsbereich entfallen würde, zu der Spannung addiert wird, die bereits für den Ausbreitungsbereich bis zur Wand ermittelt wurde. Zur Berücksichtigung der Vertikalspannungen infolge Blocklast wird die Gleitfuge des untersuchten Ankers diskretisiert. Sie wird in konstanten Vertikalabständen in zehn Intervalle geteilt. Es werden die Vertikalspannungsordinaten an den Intervallgrenzen ermittelt. Somit erhält man eine Spannungsfigur für jedes Gleitflächenintervall. Daraus wird je Intervall die 12 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

13 Vertikalkraft infolge Blocklast ermittelt. Die Summe der Vertikalkräfte über alle zehn Gleitflächenintervalle wird als zusätzliche Vertikalkraft in der Gleichgewichtsbetrachtung zur Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge berücksichtigt. Entfällt ein Teil der Vertikalspannungen infolge Blocklast auf den Bereich hinter der Ersatzankerwand, so wirkt dieser Spannungsanteil erhöhend auf den Erddruck e1, welcher die Ersatzankerwand belastet. Es ergibt sich die im Abb. 7 dargestellte Lastfläche an der Ersatzankerwand zusätzlich zur Fläche des Erddruckes e 1. Die Komponenten aller Kräfte werden jeweils über die verschiedenen Schichten gemittelt, so dass im Grunde ein homogener starrer Ersatzkörper betrachtet werden kann. Die Resultierende [kn/m] des Krafteckes bestimmt die maximal mögliche Ankerkraft. Der Sicherheitsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis der möglichen zur tatsächlichen Ankerkraft. TGL - Tiefe Gleitfuge 13

14 Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge nach DIN1054: 2005 Für den Nachweis nach DIN 1054:2005 ist in der Systemeingabe zunächst der Lastfall (LF) entsprechend der Bemessungssituation nach DIN 1054:2005 Punkt vorzugeben. Vom Programm wird standardmäßig der ungünstigste Lastfall (LF 1) vorgeschlagen. Die Nachweis der Sicherheit in der Tiefen Gleitfuge wird für den Grenzzustand 1B ( GZ 1B) geführt. Nach der EAU 2004 (E10) muss bei der charakteristischen Ankerkraft zwischen dem Anteil A G,k (infolge ständiger Einwirkungen) und dem Anteil A Q,k (infolge veränderlicher Einwirkung) unterschieden werden. Nach E10 ist der Nachweis sowohl für ständige und veränderliche Lasten als auch für ständige Lasten allein zu führen. Entsprechend führt das Programm den Nachweis zunächst für ständige und veränderliche Lasten. In diesem Fall ist die Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge erfüllt wenn gilt: A A A Gk, G Qk, Q möglk, / Ep Anschließend wird der Nachweis für ausschließlich ständige Lasten geführt. In diesem Fall ist die Sicherheit erfüllt wenn gilt: A A G, k G mögl, k / Ep In diesem Fall wird A mögl,k ausschließlich aus den ständigen Lastanteilen aller Einflussgrößen bestimmt. Die Sicherheitsbeiwerte G, Q und Ep ergeben sich nach DIN 1054:2005 entsprechend dem von Ihnen angewählten LF im Grenzzustand 1B (GZ 1B). 14 Frilo - Statik und Tragwerksplanung

15 Ausgabe Ausgabe der Systemdaten, Ergebnisse und Grafik auf Bildschirm oder Drucker. Über den Punkt Ausgabe in der Hauptauswahl starten Sie den Ausdruck bzw. die Anzeige auf Bildschirm. Bildschirm Drucken Word Anzeige der Werte in einem Textfenster Starten der Ausgabe auf den Drucker Das Textverarbeitungsprogramm MS-Word wird aufgerufen und die Ausgabe eingefügt, sofern dieses Programm auf Ihrem Rechner installiert ist. In Word können Sie dann die Ausgabe bei Bedarf nach Ihren Wünschen bearbeiten. Ergebnisse / Ausgabewerte Das Ausgabeprotokoll wiederholt die wesentlichen Eingabedaten für die Beschreibung der Verbaugrube, der Anker und der wesentlichen Bodenkennwerte. Es wird vermerkt, ob die vorgegebene Flächenlast bei den Einzelberechnungen angesetzt wird oder nicht. Ausgegeben werden die Bodenkennwerte und die Erddruckspannungen an den Schichtgrenzen, aus denen sich die resultierenden Erddruckkräfte E a bzw. E 1 errechnen. i. M. repräsentiert die gemittelten Wandreibungswinkel. Bei der Ausgabe für den Sicherheitsnachweis werden die wirksamen Einzelkräfte je lfm Wandlänge dargestellt: G Gewichtskraft des Gleitkörpers einschl. Vertikalkraft infolge Blocklast [kn/m] E ah Horizontalkomponente des aktiven Erddruckes auf der Verbauwandseite [kn/m] E av Vertikalkomponente des aktiven Erddruckes auf der Verbauwandseite [kn/m] E 1h Horizontalkomponente des beanspruchenden Erddruckes auf der Ankerwandseite [kn/m] E 1v Vertikalkomponente des beanspruchenden Erddruckes auf der Ankerwandseite [kn/m] C Gesamtkohäsionskraft in der Tiefen Gleitfuge [kn/m] Über das Kräftegleichgewicht wird die Summe der möglichen Ankerkräfte A h (Horizontalkomponenten) am Gleitkörper bestimmt. Der Quotient aus möglicher und vorhandener Ankerkraft ist der Sicherheitsbeiwert, der mindestens 1,5 betragen sollte. Literatur /1/ Ranke, A. und Ostermayer, H.: "Beitrag zur Stabilitätsuntersuchung mehrfach verankerter Baugrubenumschließungen", in: Die Bautechnik , S /2/ Hoesch Stahl AG (Hg.): Spundwand-Handbuch Berechnung. Dortmund /3/ Kranz, E.: Über die Verankerung von Spundwänden (Mitteilungen aus dem Gebiete des Wasserbaues und der Baugrundforschung 11). 2. Auflage. Berlin (Wilhelm Ernst & Sohn) TGL - Tiefe Gleitfuge 15