Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung · 2013. 3. 18. · EA-Pfähle, Kap. 5.4.9...

BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 1

Bundesanstalt für WasserbauDienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord

Dr.-Ing. Martin Pohl

Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 2

Gliederung

• gültige Normen & Empfehlungen• Nachweisführung GZ 1B• Tragverhalten von Pfählen

axiale & horizontale Beanspruchung, negative Mantelreibung, Seiten-, Fließdruck

• Nachweisführung GZ 1AZugpfähle, Zugpfahlgruppen

• Widerstände bei Einzelpfählenaxial: Probebelastungen, Erfahrungswerte, horizontal, nicht ruhende Lasten, Knicken

• Pfahlgruppen Druckpfahlgruppen, horizontale Beanspruchung


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 3

Normen / Empfehlungen

Eurocode 7 (10.2008)Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik –

Teil 1: Allgemeine Regeln

DIN 1054 (01.2005) Entwurf (02.2009)Baugrund; Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau

EA-Pfähle (2007)Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“

EAU (2004)Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“

Häfen und Wasserstraßen


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 4

DIN EN … (neu), Kapitel 7: Hinweise zu Entwurf und BemessungDIN … (alt)Grundbau-Taschenbuch (z.B. 2001, Teil 3, Kapitel 3.2)ErlasseErgänzende Informationen:- ZTV-W LB 214- STLK LB 214 / 215

DIN 1055-100 (03.2001): Grundlagen der TragwerksplanungDIN 18800 (11.1999): StahlbautenDIN 1045 (07.2001): Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton

Normen / Empfehlungen


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 5

Pfahltypen – Normen / Empfehlungen

BohrpfähleDIN EN 1536 (1999) / DIN Fachbericht Nr. 129 /

EA-Pfähle, Kap. 5.4.6 / DIN 4014 (1990)

TeilverdrängerEA-Pfähle, Kap. 5.4.7

MikropfähleDIN EN 14199 (2005) / EA-Pfähle, Kap. 5.4.9 / DIN 4128 (1983)

DIN 1054 (2005) Kap. 8


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 6

VerdrängungspfähleDIN EN 12699 (2001) / DIN 4026 (1975)

Fertigrammpfähle (Stahl, Stahlbeton)DIN EN 12794 / EA-Pfähle, Kap. 5.4.4

Ortbetonrammpfähle (Franki, Simplex)EA-Pfähle, Kap. 5.4.5

Vollverdrängungspfähle – Schraubpfähle (Atlas, Fundex)EA-Pfähle, Kap. 5.4.8

Verpresste Verdrängungspfähle (VM, RI)EA-Pfähle, Kap. 5.4.9

Pfahltypen – Normen / Empfehlungen

DIN 1054 (2005) Kap. 8


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 7

Teilsicherheitskonzept GZ 1B

Einwirkungen ≤ Widerstände

Ed = Ek. γF ≤ Rk / γR = Rd

Rk = Rb,k + Rs,k

Rb,k = qb,k. Ab

Rs,k = Σ qs,k,i. As,i

Ek

Rs,k

Rb,k

weicher bindigerBoden

dichte Sande

lockere Sande


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 8

Teilsicherheiten GZ 1B

Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 9

Teilsicherheiten GZ 1B

Quelle: DIN 1054 (2005)


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 10

Tragverhalten

Ek

Rs,k

Ek

ks,k

Ek

Rs,k

Rb,k


dichte Sande

lockere Sande


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 11

Ek

τn,k

Rb,k

Effektive Spannungen:(nicht bindige Schichten)τn,k = σv´ . K0

. tan φk

Totale Spannungen:(bindige Schichten)τn,k = α . cu,k DIN 1054: (α=1)

DIN 1054: τn,k ≤ qs,kEA-Pfähle: τn,k > qs,k möglich

Tragverhalten – negative Mantelreibung

Neutraler Punkt (identische Setzungen)


dichte Sande

lockere Sande


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 12

Geländebruchberechnung (freigeschnittenes System)

Seitendruckansatz

Tragverhalten – Seitendruck

ea,k ep,k

Δek = ea,k – ep,k

für Anfangs- und Endzustand

pe,k = b . Δek

Einflussbreite b = Minimum aus:- mittlerer Pfahlachsabstand- dreifache as bzw. Ds- seitendruckerzeugende Schichtdicke- Pfahlgruppenbreite / Pfahlanzahlks,k


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 13

Tragverhalten – Fließdruck

Fließdruck bei vorbeifließendem Boden

Pf,k

Pf,k = 7 . ηa. cu,k

. Ds [kN/m]

Verbauverhältnis

ks,k


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 14

Teilsicherheitskonzept GZ 1A (Zugpfähle)

treibende Kräfte ≤ haltende KräfteGk,dst

destabilisierend stabilisierend GE,k

≤


dichte Sande

lockere Sande

Berücksichtigung von Scherkräften, wenn Konstruktion dies zulässt!


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 15

Teilsicherheiten GZ 1A

Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 16

Einzelpfahl - Axiale Widerständestatische Probebelastungen

ssg* = 0,50 . Rs,k (ssg*) [cm] ≤ 1 cm

Widerstands-Setzungslinie

Rk(s) = Rb,k(s) + Rs,k(s)

sg = 0,10 . Ds [cm]

Fertig-, Ortbetonrammpfähle:

ssg = 0,50 . Rs,k (ssg) + 0,5 [cm] ≤ 3 cm

Bohrpfähle, Teil- / Vollverdränger:

Grenzsetzung sg = s1 (GZ1, DIN 1054)


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 17

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 PfahlprobebelastungenHerleitung aus Erfahrungswerten

Einzelpfahl - Axiale Widerstände


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 18

DIN 1054 (2005) Informative Anhänge Anhang B: BohrpfähleAnhang C: VerdrängungspfähleAnhang D: Mikropfähleentfallen mit nächster Fassung !! (lt. EA-Pfähle)

stattdessen EA-Pfähle (2007), Kapitel 5.4

Erfahrungswerte



BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 19

Erfahrungswerte EA-Pfähle


Regelfall

Geotechnischer Sachverständiger


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 20




BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 21




BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 22



Frankipfahl

untere / obere Erfahrungswerte für:

nicht bindige Bödenbindige BödenGeschiebemergel


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 23



(reine) Mantelreibungspfähle:Rüttelinjektions- (RI) Pfähle: Spitzendruckansatz nur aus ProbebelastungenMikropfähle: kein Spitzendruckansatz

Bei Zugpfählen sollten immer Pfahlprobelastungen durchgeführt werden!

Nach Bauwerken getrennt zu betrachten!!

Grenzhebung: ssg,z = 1,30 . ssg


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 24

Bettungsmodul ks,k = Es,k / Ds σh,k ≤ eph,k

bei: u ≤ 2 cm oder 0,03 . Ds,

Pfahlschaftdurchmesser Ds ≥ 0,30 m bzw. as ≥ 0,30 m

Nachweis der Tragfähigkeit (GZ 1B) nicht erforderlich, wenn:LF1: H ≤ 3% VLF2: H ≤ 5% V

(Vollständig im Boden eingebettete Pfähle)

Erfahrungswerte aus horizontalen Pfahlprobebelastungen

Einzelpfahl - horizontale Widerstände


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 25

Dynamische Lasten Bodenverflüssigung stark reduzierte Widerstände

Einzelpfahl – nicht ruhende Lasten

Stoßartige Lasten Bettungsmodul wie bei statischen Einwirkungen (ohne Trägheitskräfte) odererhöhte Bettungsmodule (mit Trägheitskräften)

Zyklische Wechsellasten > 20% R2,k (Widerstand GZ 2)reduzierte Mantelreibung ≤ 40%reduzierter Spitzendruck vernachlässigbar


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 26

EA-Pfähle: Knicknachweis erforderlich wenn:- Ds < 0,30 m; cu,k ≤ 15 kPa- Mikropfähle flüssige bis weiche Bodenschichten durchörtern

Einzelpfahl – Knicken

Unterschiedliche Angaben inDIN 1054 (2005): cu,k ≤ 15 kPa KnicknachweisEC 7 (2005): cu,k > 10 kPa kein Knicknachweis


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 27

Druckpfahlgruppen

DIN 1054:Steife Pfahlkopfplatte:

Nachweis GZ 1B entfälltNachweis GZ 2 erforderlich

Weiche Pfahlkopfplatte: Einzelpfähle Nachweis GZ 1B

Wechselwirkung bei Pfahlabstand unter 6 bis 8 . Ds


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 28

Druckpfahlgruppen

R1,k,G = qb1,k. Σ Ab,i + Σ qs,k,j

. As,j*

Gruppenpfahlwiderstand

EinzelpfahlAbgewickelte Mantelfläche Ersatzpfahl

EA-Pfähle: großer Ersatzeinzelpfahl

Prüfung: Kopfplatte ausreichend bemessen für Lastumlagerung ? (unterschiedliche Widerstands-Setzungs-Verhalten der Einzelpfähle)

Cp,k,i = R2,k,i / s2,k,i

Ersatzfedersteifigkeit (linear)


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 29

Druckpfahlgruppen - Widerstände

Randbedingungen / Vorgehensweise:9 ≤ L ≤ 24 m; 0,3 ≤ Ds ≤ 1,5 m, max. 9 Pfähle je SeiteNomogramme (Einflussfaktor Boden, Gruppengeometrie, -größe, Pfahlart)gültig für Bohrpfahlgruppen

RG,i = RE. GR,i mit GR,i = λ1

. λ2. λ3

Gruppenpfahlwiderstand

Pfahlwiderstand EinzelpfahlGruppenfaktor (Einflussfaktor s.o.)

Σ Pfahlwiderstände ≠ Gesamteinwirkung Anpassung der Setzungen


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 30

Druckpfahlgruppen - Widerstände

a = Pfahlachsabstand

d = Pfahleinbindetiefe in tragfähige Schicht

bindig I: 5 ≤ Es ≤ 15 MPa

bindig II: 15 ≤ Es ≤ 30 MPa

nicht bindig: Es ≥ 25 MPa


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 31

Horizontale Beanspruchung von Pfahlgruppen

DIN 1054 (2005) Anhang E & EA-PfähleRBen: alle Pfähle annähernd gleiche horizontale Kopfverschiebung

Anwendung Bettungsmodulverfahren

Berechnung der elastischen Pfahllänge

Abminderungsfaktor


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 32

Weitere erforderliche Nachweise

Innere Bemessung (Materialversagen)Ed ≤ RM,d

Nachweis der Gesamtstandsicherheit (GZ 1C)Gelände- / Böschungsbruch

Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2)E2,d ≤ R2,d

vorh s2,k ≤ zul s2,k


BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 33

Bundesanstalt für WasserbauDienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord

Dr.-Ing. Martin Pohl

Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung

Danke für die Aufmerksamkeit!

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