Statische und dynamische Pfahlprobebelastungen zur Ermittlung der 2015. 3. 4.آ  Statische und...

download Statische und dynamische Pfahlprobebelastungen zur Ermittlung der 2015. 3. 4.آ  Statische und dynamische

of 20

  • date post

    27-Mar-2021
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Statische und dynamische Pfahlprobebelastungen zur Ermittlung der 2015. 3. 4.آ  Statische und...

  • Statische und dynamische Pfahlprobebelastungen zur Ermittlung der äußeren Tragfähigkeit von Holzpfählen

    Armin Steurer, Dietmar Adam

    Technische Universität Wien, Institut für Geotechnik, Österreich

    1 Einleitung

    Der Holzpfahl gilt bei entsprechenden Randbedingungen als ein sehr langlebiges Fundie-

    rungselement. In den letzten Jahrzehnten verlor der Holzpfahl als Fundierungselement

    von Ingenieurbauwerken zunehmend an Bedeutung und wurde durch andere Pfahltypen,

    wie zum Beispiel vom mantelverpressten Duktilpfahl, verdrängt. Mit dem schwindenden

    Einsatz des Holzpfahles ging auch ein Verlust über das Wissen der Einbringung und der

    Tragfähigkeit einher.

    Im Zuge der Errichtung von Durchlassbauwerken des Rückhaltebeckens Steingraben,

    Güssing im Südburgenland, Österreich, kamen Holzpfähle als Fundierungselement zur

    Ausführung. Da die aktuelle Normung keine Angaben zur Ermittlung der Tragfähigkeit von

    Holzpfählen auf Basis von Bodenkennwerten beinhaltet, erfolgte die Dimensionierung der

    Pfahlfundierung auf Basis von 5 statischen Probebelastungen, deren Ergebnisse im vor-

    liegenden Beitrag angeführt sind.

    Weiters wurde auf Basis von dynamischen Probebelastungen, welche im Vergleich zu

    statischen Probebelastungen mit einem wesentlich geringeren Aufwand verbunden sind,

    ein effizientes und zugleich einfaches Verfahren zur Beurteilung der äußeren Tragfähigkeit

    von Holzpfählen entwickelt. Dieses Verfahren beruht auf einer eigens konzipierten Mess-

    ramme. Die Auswertung der dynamischen Probebelastungen erfolgt mittels Rammformeln.

    Schlussendlich wird die Eignung des entwickelten Verfahrens durch Vergleiche zwischen

    den Ergebnissen der statischen und der dynamischen Probebelastungen beurteilt.

    1.1 Allgemeine Angaben zum Projekt

    Im Zuge von Hochwasserschutzmaßnahmen wurde in Güssing ein Rückhaltebecken am

    Zickenbach in Steingraben errichtetet. Dieses beinhaltet die beiden Durchlassbauwerke

    „Zickenbach“ und „Teichgraben“.

  • Abbildung 1: Fertiggestellte Durchlassbauwerke des Rückhaltebeckens

    In Tabelle 1 sind die angetroffenen Untergrundverhältnisse im Überblick beschrieben.

    Tabelle 1: Untergrundverhältnisse

    Tiefe ab Baugrubensohle Beschreibung Untergrund 0,00 m ÷ 5,00 m Schluff, teilweise organisch und tonig, weich 5,00 m ÷ 7,40 m Feinkies, mitteldicht

    ab 7,40 m Schluff, sandig, halbfest

    Es wird angenommen, dass für die Holzpfähle mit einer maximalen Länge von 11,0 m die

    mitteldicht gelagerte Feinkiesschicht mit einer Mächtigkeit von 2,4 m für die äußere Trag-

    fähigkeit maßgebend ist.

    2 Statische Pfahlprobebelastungen

    2.1 Beschreibung des Testfeldes und der Versuchsdurchführung

    Die statischen Probebelastungen wurden an 5 Probepfählen durchgeführt. Diese Holz-

    pfähle wurden in die Baugrube des Durchlassbauwerks Zickenbach eingebracht. Die Ein-

    bringung der Pfähle erfolgte durch einen am Hydraulikbagger angebrachten Schnell-

    schlaghammer, welcher die Pfähle mit mehreren Schlägen je Sekunde in den Untergrund

    rammt. Die Pfähle besitzen einen Pfahldurchmesser von 0,32 m ÷ 0,35 m und binden

    9,5 m ÷ 10,0 m in den Untergrund ein. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass

    die Einbindung der Probepfähle in die für die äußere Tragfähigkeit maßgebende Feinkies-

    Durchlassbauwerk „Teichgaben“

    Durchlassbauwerk „Zickenbach“

  • schichte entsprechend gegeben ist. Der Zeitraum zwischen der Einbringung und der stati-

    schen Pfahlprüfung betrug ca. 2 Wochen.

    Die statische Probebelastung erfolgte mit einer kraftgesteuerten Presse. Als Vorlast wurde

    eine Kraft von 30 kN gewählt. Diese Last diente zur Gewährleistung eines kraftschlüssigen

    Kontaktes der Presse mit dem Pfahl einerseits und dem Widerlager andererseits. An-

    schließend wurde in Schritten von 100 kN die Pfahllast auf das zu erwartende Gebrauchs-

    lastniveau von 400 kN gesteigert. Diese Laststufe wurde über eine Zeitdauer von 60 min

    aufrechterhalten. Danach folgte eine Entlastung bis zur Vorlaststufe von 30 kN. Die an-

    schließende Wiederbelastung bis auf 400 kN diente zur Ermittlung des elastischen Pfahl-

    verformungsverhaltens. Darüber hinaus wurde der Pfahl in Lastschritten von 100 kN bis

    zum Versagen belastet. Die Messung der Pfahlsetzungen erfolgte mittels vier Messuhren

    mit kontinuierlicher und digitaler Messwerterfassung.

    Die Widerlagerkonstruktion der Presse bestand im Wesentlichen aus mehreren massiven

    Stahlträgern mit einem Eigengewicht von rund 300 kN. Das Widerlager wurde über 4 Zug-

    pfähle aus Holz im Untergrund verankert (siehe Abbildung 2).

    Abbildung 2: Übersicht zur Widerlagerkonstruktion der statischen Pfahlprobebelastungen

    Widerlager

    Probe Zugpfahl

  • 2.2 Messergebnisse und Auswertung der statischen Probebelastungen

    Aus den Kraft – Setzungslinien der Pfähle wurde der charakteristische Druckwiderstand Rc

    je Pfahl ermittelt und in weiterer Folge auf Basis der ÖNORM B 1997-1 (EC 7) der Bemes-

    sungswert der Tragfähigkeit Rc;d,stat der Holzpfähle bestimmt (siehe Tabelle 2).

    Abbildung 3: Kraft – Setzungslinien je Pfahl der statischen Probebelastungen

    Tabelle 2: Ergebnisse der statischen Probebelastungen

    Pfahl Durchmesser Einbindetiefe AS1) Rc

    S

    c A R

    Rc;d,stat

    [m] [m] [m²] [kN] [kN/m²] [kN] 1A 0,32 9,5 9,55 830 87

    518 1B 0,32 9,5 9,55 875 92 2 0,32 9,5 9,55 620 65 3 0,35 10,0 11,00 570 52 4 0,34 10,0 10,68 820 77

    1) Mantelfläche (Produkt aus Einbindetiefe und Pfahlumfang)

  • 3 Dynamische Pfahlprobebelastungen

    Im Zuge der dynamischen Pfahlprobebelastungen sollte die Funktion der konzipierten

    Messramme überprüft und ein möglichst einfaches Verfahren für die Beurteilung der äuße-

    ren Tragfähigkeit der Holzpfähle entwickelt werden.

    3.1 Beschreibung des Testfeldes und der Versuchsdurchführung

    Die dynamischen Pfahlprobebelastungen wurden auf einem eigenen Testfeld durchge-

    führt. Dieses befand sich unmittelbar neben den beiden hergestellten Durchlassbauwer-

    ken. Die Baugrubensohle des Testfeldes war niveaugleich mit jenem der statischen Pro-

    bebelastungen. Für die Montage der Messtechnik wurde eine Messbrücke seitlich der

    Holzpfähle angeordnet.

    Die Einbringung der Pfähle erfolgte gleich wie bei den Pfählen der statischen Probebelas-

    tungen. Insgesamt wurden 4 Holzpfähle im Probefeld eingebracht. Die Einbindetiefe der

    Probepfähle beträgt 5,9 m ÷ 6,0 m und es kann davon ausgegangen werden, dass die

    Pfähle in die für die äußere Tragfähigkeit maßgebende Feinkiesschicht entsprechend

    einbinden. Die Holzpfähle wurden in einer Flucht mit einem Abstand von 2,5 m einge-

    rammt. Die dynamischen Probebelastungen wurden an den Pfählen 1, 2 und 4 durchge-

    führt. Pfahl 3 wurde aufgrund von zeitlichen Gründen und eines vergleichbaren Pfahl-

    durchmessers mit den Pfählen 1 und 2 nicht untersucht. Angaben zur Einbindetiefe, Geo-

    metrie sowie zur Masse der jeweiligen Pfähle sind in Tabelle 3 enthalten.

    Tabelle 3: Angaben zur Einbindetiefe, Geometrie sowie zur Masse der Pfähle der dynami-

    schen Probebelastungen

    Pfahl Durchmesser Länge Einbindetiefe Dichte Masse Holz Pfahl

    [m] [m] [m] [kg/m³] [kg] 1 0,24 9,5 6,0 500 212 2 0,26 8,5 6,5 500 230 4 0,34 6,9 5,9 500 313

    3.2 Beschreibung der Messramme und deren Funktionsweise

    Die Messramme besteht aus dem Rammbären, vier Führungsstangen und einer Montage-

    vorrichtung für die Befestigung am Pfahl. Der Rammbär besitzt ein Gewicht von 10,87 kN.

  • Die Stahlkonstruktion für die Montage am Pfahl sowie für die Führung des Rammbären

    besitzt ein Gewicht von 1,63 kN und ist Teil des Pfahlgewichtes. Die Fallhöhe des Ramm-

    bären kann stufenlos bis zu maximal 1,0 m variiert werden.

    Für die Ausführung eines Stoßes wird eine am Rammbär fixierte Kette mit dem Ausleger

    eines Hydraulikbaggers verbunden, welcher den Rammbären in die entsprechende Höhe

    (= Fallhöhe h) zieht. Anschließend wird die Kette ausgeklinkt, der Rammbär fällt auf den

    Holzpfahl und der Rammbär prallt nach dem Stoß zurück. Bei Erreichen der Rückprallhö-

    he hR fällt dieser erneut auf den Holzpfahl und kommt auf diesem zu liegen. Es wird daher

    jeder Stoß zumindest als Doppelstoß ausgeführt.

    Abbildung 4: Messramme bestehend aus Rammbär, Führungsstangen und Montagevor-

    richtung am Holzpfahl

    Rammbär

    Führungsstangen

    Rammhaube

    Montagevorrichtung für die Befestigung am Holzpfahl

    Holzpfahl

    Fallhöhe

    Bagger zum Aufziehen des Rammbären

  • 3.3 Grundlagen für die Auswertung

    Die Auswertung der dynamischen Pfahlprobebelastungen erfolgte mithilfe von einfachen

    Rammformeln, deren Grundlagen nachfolgend beschrieben werden.

    Abbildung 5: Modell zur Herleitung der Rammformeln

    Die Berechnung der dynamischen Eindringwiderstandskraft Qdyn zufolge eines Stoßes

    erfolgt gemäß Schenck Abbildung 5 unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades C mit

    folgender