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Umsetzung des Eurocode 7

bei der Bemessung von Grund- und

Tunnelbauwerken

Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Brücken- und Ingenieurbau Heft B 103

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ISSN 0943-9293ISBN 978-3-95606-088-5

20140513_Umschlag B 103.indd 1 28.05.14 12:40

von

Silke Briebrecher Axel Städing

Ingenieurbüro Prof. Duddeck und Partner GmbH

Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Brücken- und Ingenieurbau Heft B 103

Umsetzung des Eurocode 7

bei der Bemessung von Grund- und

Tunnelbauwerken

20140513_Umschlag B 103.indd 2 28.05.14 12:40

Die Bundesanstalt für Straßenwesenveröffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs-ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Reihebesteht aus folgenden Unterreihen:

A - AllgemeinesB - Brücken- und IngenieurbauF - FahrzeugtechnikM - Mensch und SicherheitS - StraßenbauV - Verkehrstechnik

Es wird darauf hingewiesen, dass die unterdem Namen der Verfasser veröffentlichtenBerichte nicht in jedem Fall die Ansicht desHerausgebers wiedergeben.

Nachdruck und photomechanische Wieder-gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi-gung der Bundesanstalt für Straßenwesen,Stabsstelle Presse und Öffentlichkeitsarbeit.

Die Hefte der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen könnendirekt bei der Carl Schünemann Verlag GmbH,Zweite Schlachtpforte 7, D-28195 Bremen,Telefon: (04 21) 3 69 03 - 53, bezogen werden.

Über die Forschungsergebnisse und ihre Veröffentlichungen wird in der Regel in Kurzform im Informationsdienst Forschung kompakt berichtet.Dieser Dienst wird kostenlos angeboten;Interessenten wenden sich bitte an dieBundesanstalt für Straßenwesen,Stabsstelle Presse und Öffentlichkeitsarbeit.

Ab dem Jahrgang 2003 stehen die Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen (BASt)zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.http://bast.opus.hbz-nrw.de

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt 15.0530/2011/FRB:Auswirkungen der nationalen Umsetzung des Eurocode 7 bei der Bemessung von Grund- und Tunnelbauwerken

Fachbetreuung:Jürgen BlosfeldIngo KaundinyaDaniel Eickmeier

HerausgeberBundesanstalt für StraßenwesenBrüderstraße 53, D-51427 Bergisch GladbachTelefon: (0 22 04) 43 - 0Telefax: (0 22 04) 43 - 674

RedaktionStabsstelle Presse und Öffentlichkeitsarbeit

Druck und VerlagFachverlag NW in derCarl Schünemann Verlag GmbHZweite Schlachtpforte 7, D-28195 BremenTelefon: (04 21) 3 69 03 - 53Telefax: (04 21) 3 69 03 - 48www.schuenemann-verlag.de

ISSN 0943-9293ISBN 978-3-95606-088-5

Bergisch Gladbach, Mai 2014

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Kurzfassung – Abstract

Umsetzung des Eurocode 7 bei derBemessung von Grund- und Tunnelbauwerken

Zur Erprobung der Umsetzung des Eurocode 7 undder weiteren neuen europäischen Normen imGrund- und Tunnelbau wurden Vergleichsberech-nungen nach DIN EN 1997-1/DIN 1054 (2010) undnach bisher gültiger DIN 1054 (2005) durchgeführt.Als Beispiele wurden ein Spundwandverbau, eineWinkelstützwand, ein Tunnel in offener Bauweise,ein Tunnel in geschlossener Bauweise und einePfahlgründung berechnet. Die Untersuchungenhaben im Wesentlichen die folgenden Ergebnissegezeigt:

• Für den betrachteten Spundwandverbau und dieuntersuchte Winkelstützwand ergeben sich aufder Grundlage der neuen europäischen Vor-schriften die gleichen Bauteilabmessungen undQuerschnittsausnutzungen wie nach den bishe-rigen nationalen Normen.

• Für Tunnelbauwerke in offener und in geschlos-sener Bauweise ergeben sich aufgrund dergemäß DIN EN 1992-2 nun größer anzusetzen-den Elastizitätsmoduln des Betons geringfügighöhere erforderliche Bewehrungsquerschnitteals bisher.

• Bei Pfahlbemessungen ergeben sich gering -fügig abweichende Bemessungswiderständeder äußeren Tragfähigkeit der Pfähle.

• Durch die Einführung der neuen europäischenVorschriften für Bauwerke des Grund- und Tun-nelbaus ergeben sich insgesamt nur geringetechnische Änderungen bei den zu führendenstatischen Nachweisen und auch nur geringeÄnderungen in den Bemessungsergebnissengegenüber den bisherigen deutschen Normen.Die Umstellung auf die europäischen Normenbeinhaltet im Grund- und Tunnelbau daher keinegravierenden Änderungen des Sicherheits -niveaus oder der Kosten.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die ZTV-ING, Teil 2, Abschnitte 1, 2 und 4 sowie Teil 5, Abschnitte 1 und 2 und die zugehörigen fachspezi-fischen europäischen und deutschen Vorschriftenfür die hier untersuchten Bauwerke eine hinrei-chende Grundlage für die Umsetzung der Euro -codes im Grund- und Tunnelbau sind.

Implementation of Eurocode 7 for the design offoundations and tunnels

In order to study the implementation of Eurocode 7and further new european standards for the designof foundations and tunnels comparativecalculations with DIN EN 1997-1/DIN 1054 (2010)and previously valid DIN 1054 (2005) have beenmade. The following examples have beencalculated: a sheet-pile retaining wall, an angularretaining wall, an cut-and-cover tunnel, a tunnelbuilt with shotcrete method and a bore pilefoundation. They have led to the following results:

• For the sheet-pile retaining wall and the angularretaining wall the new European regulationslead to the same dimensions for the structuralparts and the optimum use of bearing crosssections as the previously valid nationalstandards.

• DIN EN 1992-2 requires a higher elasticitymodulus of the concrete. For tunnels this leadsto a slight increase in the reinforcement areas.

• With regard to the dimensioning of piles the newregulations lead to a small difference of ratedresistances of the outer load capacity of thepiles.

• To sum up, we can say, that only small technicalchanges for the necessary static verificationsand the subsequent results arise from theintroduction of the new european regulations forthe design of tunnels and foundations.Consequently, relevant changes in safety leveland expenditures are not to be expected.

In all, we can say, that ZTV-ING, part 2, chapter 1,2 and 4 as well as part 5, chapter 1 and 2 and theassociated disciplinary european and germanregulations are a sufficient basis for the applicationof the eurocodes for the design of tunnels andfoundations.

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Inhalt

1 Aufgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Maßgebende neue technische Vorschriften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Grenzzustände, Bemessungs-situationen und Teilsicherheiten. . . 9

4 Standsicherheitsnachweis für einen Spundwandverbau . . . . . . . . . 10

4.1 Berechnung gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010) . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1.1 Beschreibung des untersuchten Musterbeispiels. . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1.2 Maßgebende Vorschriften . . . . . . . . . 10

4.1.3 Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . 10

4.1.4 Berechnungsablauf. . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1.5 Ermittlung der Schnittgrößen und der Einbindelänge. . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.1.6 Nachweis des Gleichgewichts derVertikalkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.1.7 Nachweis des Erdwiderlagers . . . . . . 12

4.1.8 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.1.9 Nachweis der Geländebruch-sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.1.10 Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch . . . . . . . . . 12

4.1.11 Bemessung der Bauteile . . . . . . . . . . 12

4.2 Vergleich mit der Berechnung nach DIN 1054(2005) . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5 Standsicherheitsnachweis für eine Winkelstützwand . . . . . . . . . . . 13






5.1.5 Nachweis der Gleitsicherheit . . . . . . . 15

5.1.6 Nachweis der Kippsicherheit . . . . . . . 15

5.1.7 Nachweis der Grundbruch-sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.8 Nachweis der Geländebruch-sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.9 Nachweis zur Begrenzung einer klaffenden Fuge . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1.10 Bemessung der Stahlbeton-konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16


6 Standsicherheitsnachweis für einen Tunnel in offener Bauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17






6.1.5 Auftriebssicherheitsnachweis . . . . . . . 19

6.1.6 Lastfallkombinationen für die Stahlbetonbemessung . . . . . . . . . . . . 19

6.1.7 Schnittgrößenermittlung . . . . . . . . . . . 20



7 Standsicherheitsnachweis für einen Tunnel in geschlossener Bauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21




6



7.1.5 Schnittgrößenermittlung . . . . . . . . . . . 23



8 Standsicherheitsnachweis für eine Pfahlgründung . . . . . . . . . . . . . 24






8.1.5 Charakteristische Widerstands-Setzungslinie und Gruppen-wirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

8.1.6 Ermittlung der Pfahlkräfte . . . . . . . . . . 27

8.1.7 Bemessung der Pfähle . . . . . . . . . . . . 27

8.1.8 Verformungsbegrenzung . . . . . . . . . . 27


9 Ergebnis und Empfehlungen. . . . . . 28

Anlagen

Musterbeispiele für die nationale Umsetzung desEC 7 bei der Bemessung von Grund- und Tunnel-bauwerken mit Vergleichsberechnung nach DIN1054 (2005)

Anlage 1: Standsicherheitsnachweis für einenSpundwandverbau

Anlage 2: Standsicherheitsnachweis für eine Winkelstützwand

Anlage 3: Standsicherheitsnachweis für einenTunnel in offener Bauweise

Anlage 4: Standsicherheitsnachweis für einenTunnel in geschlossener Bauweise

Anlage 5: Standsicherheitsnachweis für einePfahlgründung

Die Anlagen sind auf der beiliegenden CD als PDF-Datei gespeichert.

1 AufgabeZum 1. Mai 2013 wird die Anwendung der Euroco-des für die Planung und Bemessung von Ingenieur-bauwerken im Zuständigkeitsbereich des Bundes-ministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklungverbindlich. Gleichzeitig werden die bisher gültigennationalen Normen zurückgezogen. Für den Ent-wurf und die Bemessung von Grund- und Tunnel-bauwerken wird damit eine Reihe neuer Vorschrif-ten maßgebend, mit deren Anwendung bisher keineErfahrungen vorliegen.

Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadt-entwicklung, vertreten durch die Bundesanstalt fürStraßenwesen, hat aus diesem Grund das Inge-nieurbüro Professor Duddeck und Partner GmbHbeauftragt, die nationale Umsetzung der neuen europäischen Vorschriften im Grund- und Tunnel-bau zu erproben.

Im Einzelnen hat die Untersuchung die folgendenZiele:

• Erprobung der Anwendung der Eurocodes aufdie Berechnung und Bemessung repräsenta -tiver Grund- und Tunnelbauwerke,

• beispielhafte Darstellung der Anwendung derneuen europäischen Vorschriften zur Erleichte-rung der Einarbeitung,

• Überprüfung der Auswirkungen der neuen Euro-codes hinsichtlich Sicherheit und Wirtschaftlich-keit durch Vergleichsberechnungen nach denbisherigen nationalen Regelwerken,

• Ableitung von Empfehlungen für die Anwendungder neuen Vorschriften und für die Fortschrei-bung der eigenen technischen Regelwerke, ins-besondere der ZTV-ING, Teil 2 „Grundbau“ undTeil 5 „Tunnelbau“.

In Abstimmung mit dem Auftraggeber werden diefolgenden wirklichkeitsnahen Bauwerksbeispieleberechnet:

• Musterbeispiel 1 – Spundwandverbau für eineBaugrube,

• Musterbeispiel 2 – Winkelstützwand für eine imEinschnitt liegende Straße,

• Musterbeispiel 3 – Tunnelbauwerk in offenerBauweise als zweizelliger Stahlbetonrahmen,

• Musterbeispiel 4 – Zweischaliger Tunnel in ge-schlossener Bauweise (Spritzbetonbauweise),

• Musterbeispiel 5 – Pfahlrost zur Gründung einesBrückenpfeilers.

In dem vorliegenden Bericht werden die Stand -sicherheitsnachweise der o. g. Musterbeispiele aufder Grundlage der europäischen Vorschriften erläu-tert, die Ergebnisse mit den Resultaten der bishergültigen nationalen Vorschriften verglichen und Emp-fehlungen zur Anwendung der Eurocodes gegeben.

2 Maßgebende neue technischeVorschriften

Für Entwurf und Bemessung von Straßentunneln,Stützbauwerken, Baugruben und Gründungen sindals übergeordnete Vorschriften die ZusätzlichenTechnischen Vertragsbedingungen und Richtlinienfür Ingenieurbauten, Teil 2 (Grundbau) und Teil 5(Tunnelbau) maßgebend.

ZTV-ING Teil 2, Abschnitt 1 (Baugruben), Abschnitt2 (Gründungen) und Abschnitt 4 (Stützkonstruktio-nen) sowie ZTV-ING Teil 5, Abschnitt 1 (Geschlos-sene Bauweise) und Abschnitt 2 (Offene Bauweise)liegen zum Zeitpunkt der Bearbeitung als Entwürfeaus dem Jahr 2012 mit Umstellung auf die europäi-schen Normen vor.

Für die Berechnungsansätze im Einzelnen, wie Ein-wirkungen, Widerstände, Einwirkungskombinatio-nen und Teilsicherheiten sind die folgenden euro-päischen Normen maßgebend:

• DIN EN 1990 – Eurocode: Grundlagen der Trag-werksplanung, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1990/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1990, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1990/NA/A1: Nationaler Anhang zu DINEN 1990, Änderung A1, 2012-08,

• DIN EN 1991-1-1 – Eurocode 1: Einwirkungenauf Tragwerke – Teil 1-1: Allgemeine Einwirkun-gen auf Tragwerke – Wichten, Eigengewicht undNutzlasten im Hochbau, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1991-1-1/NA: Nationaler Anhang zu DINEN 1991-1-1, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1991-2 – Eurocode 1: Einwirkungen aufTragwerke – Teil 2: Verkehrslasten auf Brücken,Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1991-2/NA: Nationaler Anhang zu DINEN 1991-2, Ausgabe 2012-08,

7

• DIN EN 1992-1-1 – Eurocode 2: Bemessungund Konstruktion von Stahlbeton- und Spann -betontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemes-sungsregeln und Regeln für den Hochbau, Ausgabe 2011-01,

• DIN EN 1992-1-1/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1992-1-1, Ausgabe 2011-01,

• DIN EN 1992-2 – Eurocode 2: Bemessung undKonstruktion von Stahlbeton- und Spannbeton-tragwerken – Teil 2: Betonbrücken – Bemes-sungs- und Konstruktionsregeln, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1992-2/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1992-2, Entwurf 2012-04,

• DIN EN 1993-1-1 – Eurocode 3: Bemessungund Konstruktion von Stahlbauten, Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln fürden Hochbau, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1993-1-1/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1993-1-1, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1993-5 – Eurocode 3: Bemessung undKonstruktion von Stahlbauten, Teil 5: Pfähle undSpundwände, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1993-5/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1993-5, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1997-1 – Eurocode 7: Entwurf, Berech-nung und Bemessung in der Geotechnik – Teil 1:Allgemeine Regeln, Ausgabe 2009-09,

• DIN EN 1997-1/NA: Nationaler Anhang zu DIN EN 1997-1, Ausgabe 2010-12,

• DIN 1054 – Baugrund:Sicherheitsnachweise imErd- und Grundbau – Ergänzende Regelungenzu DIN EN 1997-1, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1536: Ausführung von Arbeiten im Spezialtiefbau, Bohrpfähle, Ausgabe 2010-12,

• DIN EN 1537: Verpressanker, Ausgabe 2001-01,

• DIN EN 1537 Ber. 1: Verpressanker, Berich -tigung 1, Ausgabe 2011-12,

• DIN EN 10248 – Teil 1: Warmgewalzte Spund-bohlen aus unlegierten Stählen; Technische Lieferbedingungen, Ausgabe 8.95.

Die ergänzenden nationalen Festlegungen zu deneuropäischen Ausführungsnormen, wie z. B.

DIN SPEC 18140 und DIN SPEC 18537, liefernhier keine für die statischen Berechnungen der un-tersuchten Beispiele relevanten Angaben.

Weiterhin gültig bleiben u. a. die folgenden deut-schen Normen im Grund- und Tunnelbau:

• DIN 488: Betonstahl, Teil 1, 2, 4, Ausgabe 2009-08,

• DIN 1055, Teil 2: Lastannahmen für Bauten, Bodenkenngrößen, Wichte, Reibungswinkel, Kohäsion, Wandreibungswinkel, Ausgabe 1976-02,

• DIN 4017: Baugrund – Berechnung des Grund-bruchwiderstandes von Flachgründungen, Ausgabe 2006-03,

• DIN 4084: Baugrund – Geländebruchberech-nungen, Ausgabe 2009-01,

• DIN 4085: Baugrund – Berechnung des Erd-drucks, Ausgabe 2011-05.

Darüber hinaus sind die Empfehlungen der DGGTzu beachten:

• EA-Pfähle: Empfehlungen des Arbeitskreises„Pfähle“, Deutsche Gesellschaft für Geotechnike. V., Verlag Ernst und Sohn, 2. Auflage 2012,

• EAB: Empfehlungen des Arbeitskreises „Bau-gruben“, Deutsche Gesellschaft für Geotechnike. V., Verlag Ernst und Sohn, 5. Auflage , 2012.

Die folgenden entsprechenden nationalen Normenund Empfehlungen verlieren mit der Umstellung aufeuropäische Normen ihre Gültigkeit:

• DIN-Fachbericht 101: Einwirkungen auf Brü -cken, Ausgabe 2009-03,

• DIN-Fachbericht 102: Betonbrücken, Ausgabe2009-03,

• DIN 1054: Baugrund – Sicherheitsnachweise imErd- und Grundbau, Ausgabe 2005-01,

• DIN 1055 Teil 1: Einwirkungen auf Tragwerke –Teil 1: Wichte und Flächenlasten von Bau- stoffen, Bauteilen und Lagerstoffen, Ausgabe 2002-06,

• DIN 18800-1: Stahlbauten, Bemessung undKonstruktion, Ausgabe 2008-11,

• EAB: Empfehlungen des Arbeitskreises „Bau-gruben“, Deutsche Gesellschaft für Geotechnike. V., Verlag Ernst und Sohn, 4. Auflage , 2006,

8

• EA-Pfähle: Empfehlungen des Arbeitskreises„Pfähle“, Deutsche Gesellschaft für Geotechnike. V., Verlag Ernst und Sohn, 2007.

3 Grenzzustände, Bemessungs -situationen und Teilsicher -heiten

Mit der Einführung der europäischen Normen wer-den neue Bezeichnungen für die Grenzzustände,Lastfälle und Teilsicherheitsbeiwerte eingeführt.

Die generelle Einteilung der zu führenden Nach-weise in „Nachweise im Grenzzustand der Trag -

fähigkeit“ und „Nachweise im Grenzzustand derGebrauchstauglichkeit“ bleibt bestehen. Die Be-zeichnungen werden jedoch gemäß Tabelle 3.1 ge-ändert.

Die Benennung der gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010) im Einzelnen zu untersuchen-den Grenzzustände wird gemäß Tabelle 3.2 geän-dert.

Die gemäß alter DIN 1054(2005) abhängig von den Einwirkungskombinationen und Sicherheits-klassen vorgenommene Einteilung der Einwirkun-gen in Lastfälle wird in DIN EN 1997-1 und DIN 1054(2010) analog durch Bemessungssituatio-nen ersetzt, siehe Tabelle 3.3.

9

neue Bezeichnung alte Bezeichnung

Grenzzustand der Tragfähigkeit ULS (ultimate limit state) GZT (GZ 1)

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit SLS (serviceability limit state) GZG (GZ 2)

Tab. 3.1: Allgemeine Grenzzustände

neue Bezeichnung alte Bezeichnung gemäß gemäß

DIN EN 1997-1/ DIN 1054(2005)DIN 1054(2010)

Grenzzustand des Versagens durch hydraulischen Grundbruch HYD

(hydraulic)GZ 1A

Grenzzustand des Versagens durch Aufschwimmen UPL (uplift)

GZ 1A

Grenzzustand des Verlustes der LagesicherheitEQU

(equilibrium)-

Grenzzustand des Versagens von Bauwerken, BauteilenSTR

(structural)GZ 1B

Grenzzustand des Versagens von Baugrund GEO-2 GZ 1B

Grenzzustand des Versagens durch Verlust der Gesamtstand-sicherheit GEO-3 GZ 1C

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit SLS GZ 2

Tab. 3.2: Grenzzustände für Grund- und Tunnelbauwerke

neue Bezeichnung gemäß

DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010)

alte Bezeichnung gemäß

DIN 1054(2005)

Ständige Bemessungssituation BS-P (persistant) LF 1

vorübergehende Bemessungssituation BS-T (transient) LF 2

außergewöhnliche Bemessungssituation BS-A (accidential) LF 3

Bemessungssituation infolge von Erdbeben BS-E (earthquake) LF 3

Tab. 3.3: Bemessungssituationen

Die Bezeichnungen der Teilsicherheitsbeiwerte fürEinwirkungen und Widerstände wurden ebenfallsteilweise geändert (andere Indizes). Die Beiwerteselbst sind jedoch in ihrer Größe im Wesentlichenunverändert. Nähere Angaben hierzu sind der Er-läuterung der einzelnen Berechnungsbeispiele zuentnehmen.

4 Standsicherheitsnachweis füreinen Spundwandverbau

4.1 Berechnung gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010)

4.1.1 Beschreibung des untersuchtenMusterbeispiels

Das betrachtete Bauwerk ist ein Baugrubenverbaufür die Herstellung eines Trogbauwerkes. Es ist eineAushubtiefe von 9,55 Metern erforderlich, die durcheine geböschte Baugrube in Verbindung mit einemeinfach verankerten Spundwandverbau gesichertwird. Bild 4.1 zeigt einen Querschnitt der Baugrube,aus dem der anstehende Baugrund, der Grundwas-serstand und die Geometrie hervorgehen.

4.1.2 Maßgebende Vorschriften

Als übergeordnete Vorschrift für die Standsicher-heits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise desBaubehelfes gelten die Zusätzlichen TechnischenVertragsbedingungen ZTV-ING, Teil 2, Abschnitt 1(Grundbau, Baugruben).

Für die Ansätze im Einzelnen wie Einwirkungen,Erddruckansätze, Bemessung gelten die entspre-chenden fachspezifischen Vorschriften. Dies sindim Wesentlichen:

• DIN EN 1997-1: für die Sicherheitsnachweisedes Baugrubenverbaus,

• DIN 1054: für die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Widerstände aus Baugrundund Grundwasser,

• DIN 4084: für die Böschungsbruchberechnung,

• DIN 4085: für die Erddruckberechnung,

• DIN EN 1993-5: für die Bemessung und die Material-Teilsicherheitsbeiwerte der Spund-wand,

• EAB: für Details der Nachweise.

4.1.3 Berechnungsgrundlagen

Als Grundlage der Berechnung sind zusammen -zustellen:

• die charakteristischen Baugrundkennwerte undGrundwasserstände,

• die Materialkennwerte und die zugehörigen Teil-sicherheitsbeiwerte auf der Widerstandsseite,

• das statische System,

• die charakteristischen Werte der Einwirkungenund die zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerte aufder Einwirkungsseite.

Die charakteristischen Einwirkungen aus Erddruckinfolge von Eigengewicht und Verkehrslasten(siehe DIN EN 1991-2 bzw. EAB) werden entspre-chend dem Verweis in DIN 1054(2010) wie bishernach DIN 4085 ermittelt.

Die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen undWiderstände nach europäischen und nach alten na-tionalen Vorschriften werden in Tabelle 4.1 gegen-übergestellt. Sie sind gleich groß.

4.1.4 Berechnungsablauf

Der Baugrubenverbau ist auf der Grundlage derDIN EN 1997-1 und der DIN 1054 nachzuweisen.Diese fordern die Nachweise in den Grenzzustän-den der Tragfähigkeit und in den Grenzzuständender Gebrauchstauglichkeit.

10

Bild 4.1: Spundwandverbau, Querschnitt

11

Für den vorliegenden Baugrubenverbau sind diefolgenden Nachweise erforderlich:

1. Grenzzustand HYD: Grenzzustand des Versa-gens durch hydraulischen GrundbruchFür diesen Grenzzustand wird die Sicherheitgegen hydraulischen Grundbruch nachgewie-sen.

2. Grenzzustand STR und GEO-2: Grenzzustanddes Versagens von Bauwerken, Bauteilen undBaugrundIn diesem Grenzzustand werden die BauteileSpundwand, Anker und Gurtung bemessen.Hierin enthalten ist auch der Nachweis in der tie-fen Gleitfuge, der die Länge und Neigung derAnker bestimmt.

3. Grenzzustand GEO-3: Grenzzustand des Verlus -tes der GesamtsicherheitIn diesem Grenzzustand wird die Gelände-bruchsicherheit nachgewiesen.

Die Nachweise für die Grenzzustände der Ge-brauchstauglichkeit (Verformungen, Dichtigkeit)

entfallen für den Spundwandverbau, da keine Ver-formungsbeschränkungen vorliegen, vgl. DIN 1054,9.8.1.1, A(1a).

Alle Standsicherheitsnachweise erfolgen für dievorübergehende Bemessungssituation BS-T undzusätzlich auch für die Bemessungssituation BS-A(Ankerausfall).

4.1.5 Ermittlung der Schnittgrößen und derEinbindelänge

Die Ermittlung der Einbindelänge und der Schnitt-größen ist prinzipiell unter charakteristischen Ein-wirkungen und charakteristischen Bodenreaktionendurchzuführen. Bei linear-elastischen Systemenkann die erforderliche Einbindelänge der Spund-wand jedoch auch direkt durch Ansatz der Bemes-sungswerte von Einwirkungen und Widerständenim Grenzzustand STR und GEO-2 ermittelt werden.

In den Berechnungen wird eine Volleinspannungder Baugrubenwand am Fuß angesetzt, da Spund-wände i. Allg. ausreichend biegeweich sind, damit

Tab. 4.1: Gegenüberstellung der Teilsicherheitsbeiwerte für die Bemessung der Spundwand

Teilsicherheitsbeiwert gemäß DIN 1054(2010) gemäß DIN 1054(2005)

ständige Einwirkungen (Eigengewicht, Erd- und Wasserdruck, Nutzlast ≤ 10 kN/m²)

γG = 1,20 (STR, BS-T) γG = 1,10 (STR, BS-A)

γG = 1,20 (GZ1B, LF2) γG = 1,10 (GZ1B, LF3)

Erdwiderstand

für die Ermittlung der Einbindelänge und der Schnittgrößen

γR,e = 1,30 (GEO-2, BS-T) γEp = 1,30 (GZ1B, LF2)

für LF Ankerausfall γR,e = 1,20 (GEO-2, BS-A) γEp = 1,20 (GZ1B, LF3)

tiefe Gleitfuge γR,e = 1,30 (GEO-2, BS-T) γEp = 1,30 (GZ1B, LF2)

Gesamtstandsicherheit

Reibungsbeiwert tanϕ‘ γϕ' = 1,15 (GEO-3, BS-T) γϕ = 1,15 (GZ1C, LF2)

Kohäsion c‘ γc’= 1,15 (GEO-3, BS-T) γc = 1,15 (GZ1C, LF2)

Hydraulischer Grundbruch

stabilisierende ständige Einwirkungen γG,stb = 0,95 (HYD, BS-T) γG,stb = 0,95 (GZ1A, LF2)

Strömungskraft bei günstigem Untergrund γH = 1,30 (HYD, BS-T) γH = 1,30 (GZ1A, LF2)

Spundwand

fy,k = 240 N/mm² γM0 = 1,0 γM = 1,0

Litzenanker

Stahlzugglied γM = 1,15 (STR, BS-T) γM = 1,15 (GZ1B, LF2)

Verpresskörper γA = 1,10 (STR, BS-T) γA = 1,10 (GZ1B, LF2)

sich bei dem hier vorliegenden steifen bindigenBoden eine volle bodenmechanische Einspannungausbildet.

Da im ersten Berechnungslauf der Nachweis derVertikalkomponente des Erdwiderstandes nicht erfüllt wird, wird die Neigung des passiven Erd-druckes iterativ verringert und die Einbindelänge ineinem zweiten Berechnungslauf ermittelt.

4.1.6 Nachweis des Gleichgewichts derVertikalkräfte

Für die gewählte Einbindelänge ist der Nachweisder Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwi-derstandes zu führen. Dies geschieht unter Ansatzcharakteristischer Lasten.

Dazu werden an einem Stabwerk die charakteristischen Auflagerkräfte des Ankers sowie des Spund-wandfußes ermittelt. Es werden die charakteris -tischen Erddruckordinaten bei umgelagertem Erd-druck, die charakteristischen Wasserdrücke und diecharakteristischen Erdwiderstandsordinaten ange-setzt. Da der Nachweis im ersten Berechnungslaufnicht erfüllt wird, wird die Neigung des passiven Erd-druckes iterativ verringert und die Einbinde länge ineinem zweiten Berechnungslauf ermittelt.

4.1.7 Nachweis des Erdwiderlagers

Es ist nachzuweisen, dass der resultierende, mo-bilisierte Erdwiderstand kleiner ist als der möglicheErdwiderstand. Dieser Nachweis wird unter Ansatzder Bemessungswerte des mobilisierten und desmöglichen Erdwiderstandes im GrenzzustandGEO-2 geführt. Für den Nachweis wird die cha-rakteristische Fußauflagerkraft aus der unter Kapi-tel 4.1.6 erläuterten Stabwerksrechnung mit denTeil sicherheitsbeiwerten des GrenzzustandesSTR/GEO-2 multipliziert und der durch die Teil -sicherheit des Erdwiderstandes geteilten charak-teristischen Erdwiderstandsresultierenden gegen-übergestellt.

4.1.8 Nachweis des Standsicherheit in dertiefen Gleitfuge

Bei verankerten Konstruktionen ist der Nachweisdes Versagens in der tiefen Gleitfuge zu führen. Eswird nachgewiesen, dass der von der Verankerungerfasste Bodenkörper bei einer Drehung um einentief gelegenen Punkt nicht auf einer tiefen Gleitfugeabrutschen kann. Der Standsicherheitsnachweis

für die tiefe Gleitfuge wird gemäß DIN 1054, A 9.7.9und EAB EB 44 mit den charakteristischen Erd-drücken und Scherparametern geführt. Die Fest -legung der erforderlichen Ankerlänge erfolgt an-schließend mit den Teilsicherheiten des Grenz -zustandes GEO-2.

Der rechnerische Bodenkörper wird begrenzt durchden Schwerpunkt der Verpressstrecke des Ankersauf der Erdseite und durch den Querkraftnullpunktder Verbauwand in der Tiefe. Die mögliche Anker-kraft wird zeichnerisch aus dem Krafteck aller amBruchkörper angreifenden Kräfte ermittelt.

4.1.9 Nachweis der Geländebruchsicherheit

Der Nachweis der Geländebruchsicherheit erfolgtauf der Grundlage der DIN 4084 im GrenzzustandGEO-3. Für diesen Nachweis gehen die ständigenEinwirkungen und die großflächige Verkehrslastvon p = 10 kN/m² mit einer Teilsicherheit γG = 1,00in die Berechnung ein. Die Scherparameter (Wider-stände) gehen mit abgeminderten Kennwerten indie Gleitkreisberechnung ein. Der Nachweis erfolgtgemäß DIN 4084 mit dem Lamellenverfahren vonBishop.

4.1.10 Nachweis der Sicherheit gegenhydraulischen Grundbruch

Der Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischenGrundbruch erfolgt im Grenzzustand HYD gemäßDIN 1054, 10.3. Es kommt das Näherungsverfah-ren von TERZAGHI-PECK zur Anwendung.

Zum Nachweis wird das Kräftegleichgewicht zwi-schen Strömungskraft und Bodeneigengewicht aneinem Bodenkörper auf der Baugrubenseite derSpundwand untersucht. Dabei wird zwischen güns -tig und ungünstig wirkenden Einwirkungen durchAnsatz der Teilsicherheiten des GrenzzustandesHYD unterschieden. Da die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch maßgeblich von denWichten des Baugrundes abhängt, sind für denNachweis die unteren charakteristischen Werte derWichten anzusetzen.

4.1.11 Bemessung der Bauteile

Die Bemessung der Spundwand erfolgt gemäß DIN EN 1993-5 für den Grenzzustand STR. Dabeikommt gemäß DIN EN 1993-5 für das gewählteKlasse-2-Profil der Nachweis Elastisch-Plastischzur Anwendung, bei dem die plastischen Wider-

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stände der Spundwandbohlen ausgenutzt werdendürfen. Zur Berücksichtigung der vermindertenSchubkraftübertragung in den nicht verschweißtenSchlössern zwischen den Doppelbohlen (U-Boh-len) sind jedoch Abminderungsfaktoren der Biege-tragfähigkeit zu berücksichtigen.

Die innere Tragfähigkeit der Anker wird gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010) nachgewiesen.Für den als außergewöhnliche Bemessungssitua -tion einzustufenden Lastfall „Ankerausfall“ wirdhierbei eine erneute Baugrubenberechnung zur Er-mittlung der Ankerkraft mit den Teilsicherheiten derBemessungssituation BS-A erforderlich. Für die Be-messung der Anker ist dieser Lastfall maßgebend,da sich die entfallende Ankerkraft auf benachbarteAnker umlagern muss. Der Herausziehwiderstandder Verpressanker ist durch Eignungs- und Abnah-meprüfungen nachzuweisen.

4.2 Vergleich mit der Berechnungnach DIN 1054(2005)

Für das betrachtete Baugrubenbeispiel unterschei-den sich die charakteristischen Einwirkungen, dieTeilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Wi-derstände sowie die Art der Nachweise nicht zwi-schen neuen europäischen und alten nationalenNormen.

Der einzige Unterschied ergibt sich bei der Be-messung der Spundwand, wenn der auch bishergemäß DIN 18800-1 erlaubte, aber nun in DIN EN1993-5 explizit für Spundwandprofile geregelteNachweis Elastisch-Plastisch gewählt wird. DieserNachweis erlaubt die Ausnutzung der plastischenQuerschnittswerte. Bei den im Beispiel vorliegen-den U-Bohlen Larssen 24 ist dies eine Steige-rung der Widerstandsmomente von 12 % (Wel = 2.500 cm³/m, Wpl = 2.800 cm³/m). Dieser Vorteilwird allerdings durch die gemäß DIN EN 1993-5für U-Bohlen erforderlichen Abminderungsfaktorenzur Berücksichtigung der verminderten Schub-kraftübertragung in den Schlössern (hier βB = 0,9)wieder aufgezehrt, sodass sich im Beispiel gegen-über dem nach wie vor zulässigen Nachweisver-fahren Elastisch-Elastisch keine Tragfähigkeits -steigerung ergibt.

Bei Verwendung von Z-Bohlen oder bei mehrfachverankerten Baugrubenwänden in dichtem odersteifem Baugrund wäre jedoch durch die Anwen-dung des Nachweisverfahrens Elastisch-Plastisch

generell eine höhere Ausnutzung der Profile mög-lich.

Im vorliegenden Beispiel sind die Bemessungs -ergebnisse für die Bauteile gleich, sodass sichkeine Veränderung des Sicherheitsniveaus ergibt,vgl. Bild 4.2.

5 Standsicherheitsnachweis füreine Winkelstützwand



Das betrachtete Bauwerk ist eine Winkelstützwand,die den Geländesprung neben einer im Einschnittliegenden Straße sichert. Die Winkelstützwandweist eine Höhe von 7,0 m auf und wird als mono-lithisches Stahlbetontragwerk ausgeführt. DieBlocklänge beträgt 10 m. Oberhalb der Winkel-stützwand steigt das Gelände mit einer Neigungvon 10° an. Hier sind keine Bebauungslasten oderVerkehrsflächen zu berücksichtigen. Bild 5.1 zeigtdie Geometrie und die Baugrundverhältnisse desMusterbeispiels.


Als übergeordnete Vorschrift für die Standsicher-heits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise derWinkelstützwand gelten die Zusätzlichen Techni-

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Bild 4.2: Bemessungsergebnis des Spundwandverbaus

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schen Vertragsbedingungen ZTV-ING, Teil 2, Ab-schnitt 4 (Grundbau, Stützkonstruktionen). DieStahlbetonkonstruktion wird zudem in Anlehnungan ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 (Tunnel in offenerBauweise) ausgebildet.


• DIN EN 1997-1: für die Sicherheitsnachweisedes Stützbauwerkes,

• DIN 1054: für die Teilsicherheitsbeiwerte für Ein-wirkungen und Widerstände aus Baugrund undGrundwasser,

• DIN 4017: für die Berechnung des Grundbruch-widerstandes,

• DIN 4084: für die Geländebruchberechnung,

• DIN 4085: für die Erddruckberechnung,

• DIN EN 1990: für die Einwirkungskombina -tionen,

• DIN-EN 1992-2: für die Bemessung und die Material-Teilsicherheitsbeiwerte der Stahlbeton-konstruktion.


Als Grundlage der Berechnung sind zusammenzu-stellen:




Die charakteristischen Einwirkungen aus Erddruckinfolge von Eigengewicht und Verkehrslasten(siehe DIN EN 1991-2 bzw. EAB) werden entspre-chend dem Verweis in DIN 1054(2010) wie bishernach DIN 4085 ermittelt.

Die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen undWiderstände nach europäischen und nach alten na-tionalen Vorschriften werden in Tabelle 5.1 gegen-übergestellt. Sie sind gleich groß.

DIN EN 1997-1 enthält allerdings einen neuenGrenzzustand EQU, der hier für den neuen Kipp-nachweis zugrunde zu legen ist.


Das Stützbauwerk ist auf der Grundlage der DIN EN 1997-1 und der DIN 1054 nachzuweisen.Diese fordern die Nachweise in den Grenzzustän-den der Tragfähigkeit und in den Grenzzuständender Gebrauchstauglichkeit.

Für die vorliegende Winkelstützwand sind die fol-genden Nachweise erforderlich:

1. Grenzzustand EQU: Grenzzustand des Verlus -tes der LagesicherheitFür diesen Grenzzustand wird die Sicherheitgegen Kippen nachgewiesen.

2. Grenzzustand STR und GEO-2: Grenzzustanddes Versagens von Bauwerken, Bauteilen undBaugrundIn diesem Grenzzustand wird die Winkelstütz-wand bemessen. Darüber hinaus werden derGleit- und der Grundbruchnachweis geführt.

3. Grenzzustand GEO-3: Grenzzustand des Ver -lustes der Gesamtsicherheit In diesem Grenzzustand wird die Gelände-bruchsicherheit nachgewiesen.

Bild 5.1: Winkelstützwand, Querschnitt

4. Grenzzustand SLS: Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeitDer Nachweise für den Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit beschränkt sich im vorlie-genden Beispiel auf die Rissbreitenbeschrän-kung der Stahlbetonkonstruktion. Ein Nachweisder Verformungen kann entfallen, da die Bö-schung hinter der Wand unbebaut ist und dieWinkelstützwand auf festem Mergel mit ausrei-chend großer Tragfähigkeit gegründet ist.

Die Standsicherheits- und Gebrauchstauglichkeits-nachweise erfolgen für die ständige Bemessungs -situation BS-P.

5.1.5 Nachweis der Gleitsicherheit

Die Gleitsicherheit ist mit dem NachweisverfahrenSTR/GEO-2 nachzuweisen. Der Nachweis erfolgtgemäß DIN 4085 an einem Ersatzkörper, der durcheinen vertikalen Schnitt am Ende des erdseitigenWandschenkels begrenzt wird. Die Eigenlast desBodenkeils auf dem erdseitigen Wandschenkel wirdberücksichtigt.

Für den Nachweis werden an dem betrachteten Ersatzkörper zunächst die charakteristischen an-treibenden Horizontalkräfte ermittelt. Diese werden,vergrößert mit den zugehörigen Teilsicherheits -beiwerten, dem Bemessungswert der in der Sohl- fuge abhängig von der vertikalen Auflast aufnehm-baren Reibungskraft gegenübergestellt.

5.1.6 Nachweis der Kippsicherheit

Der Kippsicherheitsnachweis ist in DIN EN 1997-1neu geregelt und wird im Grenzzustand EQU geführt. Es wird eine Vergleich der stabilisierendenund der destabilisierenden Einwirkungen (Momen-te) bezogen auf eine Kippkante des Fundamentesgeführt (hier die Vorderkante des luftseitigen Spornes).

Dazu werden an dem betrachteten Ersatzkörperdie charakteristischen Drehmomente der Einwir-kungen ermittelt und abhängig von ihrer Wir-kungsrichtung mit den Teilsicherheiten für stabili-sierende bzw. destabilisierende Einwirkungenmultipliziert. Das Verhältnis der Bemessungswerte

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Tab. 5.1: Gegenüberstellung der Teilsicherheitsbeiwerte für die Bemessung der Winkelstützwand

Teilsicherheitsbeiwertgem. DIN 1054(2010) bzw. DIN EN 1992-2

gemäß DIN 1054(2005) bzw. DIN-Fb 102

für Kippsicherheit

ungünstige ständige Einwirkungen γG,dst = 1,10 (EQU, BS-P) −

günstige ständige Einwirkungen γG,stb = 0,90 (EQU, BS-P) −

für Standsicherheit

ständige Einwirkungen (Eigengewicht, Erddruck, Nutzlast ≤ 10 kN/m²)

γG = 1,35 (STR, BS-P) γG = 1,35 (GZ1B, LF1)

ständige Einwirkungen aus Erdruhedruck γG,E0 = 1,20 (STR, BS-P) γE0g = 1,20 (GZ1B, LF1)

Grundbruchwiderstand γR,v = 1,40 (STR, BS-P) γGr = 1,40 (GZ1B, LF1)

Gleitwiderstand γR,h = 1,10 (STR, BS-P) γGl = 1,10 (GZ1B, LF1)

für Gesamtstandsicherheit

ständige Einwirkungen γG = 1,00 (GEO-3, BS-P) γG = 1,00 (GZ1C, LF1)

Reibungsbeiwert tan ϕ‘ γϕ' = 1,25 (GEO-3, BS-P) γϕ = 1,25 (GZ1C, LF1)

Kohäsion c‘ γc’ = 1,25 (GEO-3, BS-P) γc = 1,25 (GZ1C, LF1)

für Gebrauchstauglichkeit

ständige Einwirkungen γG = 1,00 (SLS, BS-P) γG = 1,00 (GZ2, LF1)

Betonγc = 1,5 (ULS, S+V)

γc = 1,0 (SLS)γc = 1,5 (GZT, S+V) γc = 1,0 (GZG)

BetonstahlγS = 1,15 (ULS, S+V)

γS = 1,0 (SLS)γS = 1,15 (GZT, S+V)

γS = 1,0 (GZG)

von stabilisierenden zu destabilisierenden Mo-menten muss größer oder gleich 1,0 sein.

5.1.7 Nachweis der Grundbruchsicherheit

Der Grundbruchnachweis wird mit dem Nachweis-verfahren GEO-2 geführt. Der Nachweis erfolgtwiederum an einem Ersatzkörper, der durch einenvertikalen Schnitt am Ende des erdseitigen Wand-schenkels begrenzt wird.

Der charakteristische Grundbruchwiderstand wirdentsprechend dem Verweis in DIN 1054(2010) wiebisher gemäß DIN 4017 ermittelt. Der mit den Teil-sicherheiten des Nachweisverfahrens GEO-2 ab-geminderte Bemessungswert des Grundbruch -widerstandes wird anschließend dem Bemes-sungswert der Beanspruchungen senkrecht zurFundamentsohlfläche gegenübergestellt.

5.1.8 Nachweis der Geländebruchsicherheit

Der Nachweis der Geländebruchsicherheit erfolgtauf der Grundlage der DIN 4084 im GrenzzustandGEO-3. Für diesen Nachweis gehen die ständigenEinwirkungen und die großflächige Verkehrslastvon p = 10 kN/m² mit einer Teilsicherheit γG = 1,0 indie Berechnung ein. Die Scherparameter (Wider-stände) gehen mit abgeminderten Kennwerten indie Gleitkreisberechnung ein. Der Nachweis erfolgtgemäß DIN 4084 mit dem Lamellenverfahren vonBishop.

5.1.9 Nachweise zur Begrenzung einerklaffenden Fuge

Der bisher gemäß DIN 1054(2005) zum Nachweisder Sicherheit gegen Kippen im Grenzzustand derTragfähigkeit geführte Nachweis der zulässigenLastausmitte in der Sohlfläche unter ständigen undveränderlichen Lasten ist in DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010) nun den Nachweisen im Grenz-zustand der Gebrauchstauglichkeit zugeordnet.

Ebenso wie der Nachweis der zulässigen Lastaus-mitte unter ständigen Lasten wird dieser Nachweisunter charakteristischen Einwirkungen geführt. Esist nachzuweisen, dass die Lastausmitte unter stän-digen Lasten kleiner oder gleich einem Sechstel derFundamentbreite und unter ständigen und verän-derlichen Lasten kleiner oder gleich einem Drittelder Fundamentbreite ist.

5.1.10 Bemessung derStahlbetonkonstruktion

Die Stahlbetonkonstruktion wird gemäß DIN EN1992-2 für den Grenzzustand der Tragfähigkeit undfür den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit(Rissbreitenbeschränkung) bemessen. Die zulässi-gen rechnerischen Rissbreiten werden gemäßZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 gewählt und für diehäufige Einwirkungskombination nachgewiesen.


Für die betrachtete Winkelstützwand unterscheidensich die charakteristischen Einwirkungen, die Teil -sicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Wider-stände sowie die Art der Nachweise – mit Ausnah-me des Kippnachweises – nicht zwischen neueneuropäischen und alten nationalen Normen.

Der in DIN EN 1997-1 neu geregelte Kippnachweiswird hier für die äußeren Abmessungen der Winkel-stützwand nicht maßgebend.

Die Stahlbetonbemessung gemäß DIN EN 1992-2liefert die gleichen Ergebnisse wie die Bemessunggemäß DIN-Fachbericht 102, sodass sowohl dieäußeren Abmessungen der Winkelstützwand alsauch die erforderlichen Bewehrungsquerschnitteidentisch sind.

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Bild 5.2: Bemessungsergebnis der Winkelstützwand

6 Standsicherheitsnachweis füreinen Tunnel in offenerBauweise



Das betrachtete Tunnelbauwerk dient zur Unterfüh-rung einer vierspurigen Straße mit einem Regel-querschnitt RQ 31T. Es wird in offener Bauweise alsStahlbetonrahmen hergestellt. Aus dem Lichtraum-profil RQ 31T ergeben sich die lichten Innenmaßedes 2-zelligen Rahmens von jeweils 12,0 m Breiteund 6,0 m Höhe. Die Sohloberkante des Rahmensliegt 11,1 m unter OK Gelände. Die Konstruktions-dicken werden auf der Grundlage einer Vorbemes-sung zu 1,2 m für die Sohle, 1,1 m für die Tunnel-decke, 1,0 m für die Außenwände und 0,80 m fürdie Innenwand gewählt. Die Blocklänge beträgt10,0 m. Das Bauwerk wird als wasserundurchläs -sige Betonkonstruktion geplant. Bild 6.1 zeigt dieGeometrie, die Baugrund- und die Grundwasser-verhältnisse des Musterbeispiels.


Als übergeordnete Vorschrift für die Standsicher-heits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise desTunnelbauwerks gelten die Zusätzlichen Techni-

schen Vertragsbedingungen ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 (Tunnel in offener Bauweise).


• DIN EN 1990: für die Einwirkungskombinationenund die zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerte fürEigen- und Verkehrslasten,

• DIN-EN 1991-2: für den Ansatz von Verkehrs -lasten,

• DIN-EN 1992-2: für die Bemessung von Stahl-betonbauteilen und die Teilsicherheitsbeiwertefür die Baustoffeigenschaften,

• DIN EN 1997-1: für die Sicherheitsnachweisedes Tunnelbauwerkes,

• DIN 1054: für die Teilsicherheitsbeiwerte für Ein-wirkungen und Widerstände aus Baugrund undGrundwasser,

• DIN 4085: für die Erddruckberechnung.




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Bild 6.1: Tunnel in offener Bauweise, Querschnitt Endzustand

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Der Tunnelrahmen wird als biegesteifer Stabzugmit gebetteter Sohle abgebildet.

Die charakteristischen Einwirkungen aus Erddruckinfolge von Eigengewicht und Verkehrslasten(siehe DIN EN 1991-2 bzw. EAB) werden entspre-chend dem Verweis in DIN 1054(2010) wie bishernach DIN 4085 ermittelt. Die Temperaturlasten

werden gemäß ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 ange-setzt.

Geändert haben sich die Verkehrslasten im Tunnel(LM1 gemäß DIN EN 1991-2), die wegen geänder-ter Anpassungsfaktoren jetzt deutlich größer sind.Für die Bemessung des Tunnelbauwerks spielendie Verkehrslasten im Tunnel jedoch eine unterge-ordnete Rolle. Darüber hinaus sind die Anprall- lasten, die wegen der geringen Wandstärke auf dieMittelwand anzusetzen sind, gemäß DIN EN 1991-750 % größer als bisher nach DIN-Fachbericht 101.

Die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen undWiderstände nach europäischen und nach alten na-tionalen Vorschriften werden in Tabelle 6.1 gegen-

Tab. 6.1: Gegenüberstellung der Teilsicherheitsbeiwerte für die Bemessung des Tunnels in offener Bauweise



Einwirkungen

ständige Einwirkungen (Konstruktionseigengewicht)

γG = 1,35 (STR, BS-P) γG = 1,0 (STR, BS-A) γG = 1,0 (SLS, BS-P)

γG = 1,35 (GZ1B, LF1) γG = 1,0 (GZ1B, LF3) γG = 1,0 (GZ2, LF1)

(Überschüttung, Wasserdruck, aktiver Erddruck, Verkehrslast ≤ 10 kN/m²)

γG = 1,35 (STR, BS-P) γG = 1,10 (STR, BS-A) γG = 1,0 (SLS, BS-P)

γG = 1,35 (GZ1B, LF1) γG = 1,10 (GZ1B, LF3) γG = 1,0 (GZ2, LF1)

ständige Einwirkungen aus ErdruhedruckγG,E0 = 1,20 (STR, BS-P) γG,E0 = 1,0 (STR, BS-A) γG,E0 = 1,0 (SLS, BS-P)

γE0g = 1,20 (GZ1B, LF1) γE0g = 1,0 (GZ1B, LF3) γE0g = 1,0 (GZ2, LF1)

Verkehrslasten im Tunnel

TS UDL

γQ = 1,35 (BS-P) γQ = 1,0 (BS-A)

ψ0 = ψ1 = 0,75, ψ2 = 0,0ψ0 = ψ1 = 0,40, ψ2 = 0,0

γQ = 1,50 (LF1) γQ = 1,0 (LF3)

ψ0 = ψ1 = 0,75, ψ2 = 0,2 ψ0 = ψ1 = 0,40, ψ2 = 0,2

TemperaturlastenγT = 1,0

ψ0 = ψ1 = 0,60, ψ2 = 0,5γT = 1,0

ψ0 = ψ1 = 0,60, ψ2 = 0,5

Anpralllasten γA = 1,0 γA = 1,0

Brandlasten γA = 1,0 γA = 1,0

Auftriebssicherheit

stabilisierende ständige EinwirkungenγG,stb = 0,95 (UPL, BS-P) γG,stb = 0,95 (UPL, BS-A)

γG,stb = 0,95 (GZ1A, LF1) γG,stb = 0,95 (GZ1A, LF3)

destabilisierende ständige EinwirkungenγG,dst = 1,05 (UPL, BS-P) γG,dst = 1,00 (UPL, BS-A)

γG,dst = 1,05 (GZ1A, LF1) γG,dst = 1,00 (GZ1A, LF3)

Widerstände

Betonγc = 1,5 (ULS, S+V) γc = 1,3 (ULS, A) γc = 1,0 (SLS)

γc = 1,5 (GZT, S+V) γc = 1,3 (GZT, A) γc = 1,0 (GZG)

BetonstahlγS = 1,15 (ULS, S+V) γS = 1,0 (ULS, A) γS = 1,0 (SLS)

γS = 1,15 (GZT, S+V) γS = 1,0 (GZT, A) γS = 1,0 (GZG)

übergestellt. Sie sind im Wesentlichen gleich groß.Geändert haben sich mit DIN EN 1990 lediglich dieTeilsicherheit und der Kombinationsbeiwert ψ2 fürdie neuen Straßenverkehrslasten gemäß DIN EN1991-2.

Mit der Änderung des nationalen Anhangs zu DIN EN 1990 wurde zwischenzeitlich der Kombina-tionswert ψ2 wieder auf 0,2 angehoben, während inder Musterrechnung der Wert ψ2 = 0,0 gemäß DINEN 1990 berücksichtigt wurde. Da die Straßenver-kehrslasten auf der Tunnelsohle günstig wirken,würde sich bei nachträglicher Anpassung des Wer-tes keine Veränderung des Bemessungsergebnis-ses ergeben.


Das Tunnelbauwerk ist auf der Grundlage der DIN EN 1997-1 und der DIN 1054 nachzuweisen.Diese fordern die Nachweise in den Grenzzustän-den der Tragfähigkeit und in den Grenzzuständender Gebrauchstauglichkeit.

Für den vorliegenden Tunnelrahmen sind die fol-genden Nachweise erforderlich:

1. Grenzzustand UPL: Grenzzustand des Versa-gens durch AufschwimmenFür diesen Grenzzustand wird die Auftriebs -sicherheit nachgewiesen.

2. Grenzzustand STR und GEO-2: Grenzzustanddes Versagens von Bauwerken, Bauteilen undBaugrundIn diesem Grenzzustand wird die Stahlbeton-konstruktion im Grenzzustand der Tragfähigkeitbemessen.

3. Grenzzustand SLS: Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeitIm Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeitwird die Rissbreitenbeschränkung der Stahl -betonkonstruktion nachgewiesen. Setzungs-nachweise sind für das Tunnelbauwerk nicht er-forderlich, da aufgrund der Aushubentlastungkeine Zusatzbeanspruchungen des Baugrundesin der Gründungsebene entstehen.

Die Standsicherheitsnachweise erfolgen für dieständige Bemessungssituation BS-P und für die außergewöhnliche Bemessungssituation BS-A(Brand, Fahrzeuganprall), die Gebrauchstauglich-keitsnachweise für die ständige Bemessungssitua-tion BS-P.

6.1.5 Auftriebssicherheitsnachweis

Die Auftriebssicherheit ist im Grenzzustand UPLnachzuweisen. Da die Auftriebssicherheit maßgeb-lich von den Wichten des Baugrundes und desBauwerkes abhängt, sind für den Auftriebssicher-heitsnachweis die unteren charakteristischen Werteder Wichten anzusetzen.

6.1.6 Lastfallkombinationen für dieStahlbetonbemessung

Die maßgebenden Einwirkungskombinationen sindin DIN EN 1990 festgelegt. Es sind die Einwirkun-gen für ständige und vorübergehende Situationen(S+V) und für außergewöhnliche Situationen (A)anzusetzen. Für die Nachweise im Grenzzustandder Gebrauchstauglichkeit ist gemäß ZTV-ING, Teil5, Abschnitt 2 die häufige Einwirkungskombinationzu berücksichtigen, siehe auch DIN EN 1992-2/NA,Tabelle 7.101DE.

Die Teilsicherheits- und Kombinationsbeiwerte fürdie Einwirkungen sind dabei für Eigengewicht (= ständige Einwirkung) und Verkehr nach DIN EN1990, Anhang A2 anzusetzen. Die Teilsicherheits-beiwerte für vertikale und horizontale Erddrückesowie Wasserdruck sind aus der für den Erd- und Grundbau maßgebenden DIN 1054 zu entneh-men. Der Teilsicherheitsbeiwert für die Temperatur-lasten ist ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 zu entneh-men.

Die gemäß DIN EN 1990 vorgesehene alternativeBerücksichtigung des Konstruktionseigengewichtesmit dem unteren Wert γG,inf =1,0 (< γG =1,35) erfolgthier nicht, da dies im Fall eines überschütteten Tun-nels zu keiner maßgebenden Vergrößerung der Bemessungsergebnisse führt, jedoch eine Ver-dopplung der zu untersuchenden Lastfallkombina-tionen zur Folge hätte. Für den Fahrbahnaufbau,der in jedem Fall günstig wirkt, wird dagegen γG,inf = 1,0 berücksichtigt.

Für die ständigen Lasten aus Überschüttung undErddruck wird bei der statischen Berechnung undBemessung des Bauwerkes ebenfalls der untereWert γG,inf =1,0 nicht berücksichtigt. Dieser Wert ist in DIN 1054(2010) nur für den Sonderfall vorge -sehen. Über die Erddruckvariation (hier zwischen0,5-fachem aktivem Erddruck und Erdruhedruck)gemäß ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 ist im Tunnel-bau die günstige bzw. ungünstige Wirkung der Erd-drucklasten ausreichend abgedeckt. Darüber

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hinaus wird für die Biegebemessung hier generellder Nachweis der Rissbreitenbeschränkung maß-gebend, in den alle ständigen Lasten mit ihren cha-rakteristischen Werten eingehen.

6.1.7 Schnittgrößenermittlung

Die Schnittgrößenermittlung erfolgt für die maß -gebenden Lastfallkombinationen im Grenzzustandder Tragfähigkeit sowohl für die ständigen und vorübergehenden Bemessungssituationen (Bau-und Endzustand) als auch für die außergewöhn -lichen Bemessungssituationen (Anprall, Brand).Zusätzlich werden die Schnittgrößen für die maß-gebenden Lastfallkombinationen in der häufigenEinwirkungskombination (Gebrauchstauglichkeits-nachweise) ermittelt.

s

6.1.8 Bemessung der Stahlbetonkonstruktion

Die Biege- und Schubbemessung im Grenzzu-stand der Tragfähigkeit sowie die Nachweise derRissbreitenbeschränkung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erfolgen gemäß DIN EN1992-2. Die zulässigen rechnerischen Rissbreitensind ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 zu entnehmen.

Der Nachweis der Begrenzung der Betondruck-spannung auf 0,6 fck gemäß DIN EN 1992-2, 7.2(102) ist bei Tunnelbauwerken nicht zu führen, dadurch die vergrößerte Betondeckung von 6 cm unddie außen liegende Längsbewehrung die Entste-hung von Querzugrissen verhindert wird.


Für den betrachteten Tunnelrahmen unterscheidensich die charakteristischen Einwirkungen und dieTeilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen aus Erd-und Wasserdruck sowie Temperatur, die Material -widerstände sowie die Art der Nachweise nicht zwi-schen neuen europäischen und alten nationalenNormen.

Eine allgemeine geringfügige Erhöhung der in derBerechnung nach DIN EN 1997-1 und DIN EN1992-2 ermittelten erforderlichen Bewehrung resultiert daraus, dass der gemäß DIN EN 1992-2anzusetzende rechnerische E-Modul des Betonsgrößer ist als der nach DIN-Fachbericht 102 vorher zu berücksichtigende E-Modul (für den vor-

werbiMilic

Bilicgei

liegenden C30/37 Ecm = 32.800 MN/m² > Ecm =28.300 MN/m², Faktor 1,16). Hieraus resultierengrößere Schnittgrößen infolge Zwangbeanspru-chungen (Temperatur), die sich hier insgesamt mit einer Erhöhung der erforderlichen Bewehrungum bis zu 5 % auswirken. Die in der äußeren Rah-menecke ermittelte Bewehrungserhöhung ist prozentual höher, jedoch ist die absolute Abwei-chung aufgrund der kleinen Bewehrungsquer-chnitte gering und wird bei der Wahl der Be-

wehrungsquerschnitte zu keinem Unterschied füh-ren.

Die Bemessungsformeln zur Biege- und Schub -bemessung selbst sowie die Rissbreitennachwei-se gemäß DIN EN 1992-2 und DIN-Fachbericht102 sind – abgesehen vom rechnerischen E-Modul, der in die Nachweise der Rissbreiten ein-geht – gleich, sodass hieraus keine Bemessungs-unterschiede resultieren.

Die Vergrößerung der Straßenverkehrslastengemäß DIN EN 1991-2 und die veränderten Teil -sicherheits- und Kombinationsbeiwerte für Stra-ßenverkehrslasten gemäß DIN EN 1990 führen imvorliegenden Fall eines eingeschütteten Tunnel-rahmens zu keiner Veränderung des Bemes-sungsergebnisses, da die Verkehrslasten auf derTunnelsohle den Bettungskräften und dem Was-serdruck auf der Sohlunterkante entgegen wirken,damit günstig wirken und deshalb in der Bemes-sung nicht berücksichtigt werden.

Die vergrößerte Anpralllast führt zu einer Vergrö-ßerung der statisch erforderlichen Biege- undSchubbewehrung der Mittelwand. Da die Biege-und Längsbewehrung der Mittelwand im Anprall-bereich gemäß Anhang NA.VV.109 der DIN EN1992-2 ebenso wie bisher gemäß DIN-Fachbericht102 konstruktiv zweilagig auszubilden ist, wird dieVergrößerung der erforderlichen Biegebewehrungdurch die ohnehin einzulegende konstruktive Be-

ehrung bereits abgedeckt. Auch die nun statischforderliche Schubbewehrung wirkt sich durch diesher konstruktiv gewählte Schubbewehrung derttelwand nur gering erhöhend auf die erforder-he Bewehrungsmenge aus.

ld 6.2 zeigt die Gegenüberstellung der erforder-hen Bewehrungsquerschnitte. Die Abweichun-

en sind gering, sodass sie sich bei der Wahl dernzulegenden Bewehrung kaum auswirken.

20

7 Standsicherheitsnachweis füreinen Tunnel ingeschlossener Bauweise



Der betrachtete Straßentunnel wird für einen zwei-spurigen Regelquerschnitt RQ 10,5T ausgelegt.Hieraus resultiert eine lichte Breite des Tunnels inHöhe der Fahrbahnoberkante von 9,50 m und einelichte Höhe in Tunnelachse von ca. 7 m über Fahr-bahnoberkante. Im betrachteten Bereich wird derTunnel in Spritzbetonbauweise aufgefahren undbesteht demzufolge aus einer Spritzbetonaußen-schale und einer Schalbetoninnenschale. Aufgrundder Gebirgsverhältnisse erhält das Bauwerk sowohlfür den Bau- als auch für den Endzustand ein Stahl-betonsohlgewölbe und wird als wasserundurchläs-sige Betonkonstruktion (WUB-KO) ausgeführt. DieKonstruktionsdicken werden auf der Grundlageeiner Vorbemessung zu 0,25 m für die Spritzbeton-schale und zu 0,40 m für die Innenschale gewählt.Die Blocklänge beträgt 10,0 m. Bild 7.1 zeigt dieGeometrie und die Baugrundverhältnisse des Mus -terbeispiels, die charakteristischen Gebirgskenn-werte sind in der Anlage 4 zusammengestellt.


Als übergeordnete Vorschrift für die Standsicher-heits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise des in

geschlossener Bauweise herzustellenden Tunnel-bauwerks gelten die Zusätzlichen Technischen Ver-tragsbedingungen ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 1(Tunnelbau, geschlossene Bauweise).

Für die Ansätze zur Bemessung im Einzelnen gel-ten die entsprechenden fachspezifischen Vorschrif-ten. Dies sind im Wesentlichen:


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Bild 6.2: Gegenüberstellung der Bemessungsergebnisse gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1992-2 (EC) und DIN 1054(2005)/DIN-Fach-bericht 102 (DIN)

Bild: 7.1 Tunnel in bergmännischer Bauweise, QuerschnittEndzustand



• DIN EN 1997-1: für die Sicherheitsnachweisedes Tunnelbauwerkes,

• DIN 1054: für die Teilsicherheitsbeiwerte für Ein-wirkungen und Widerstände aus Baugrund undGrundwasser.


Als Grundlage der Berechnung sind zusammen -zustellen:





Die statische Berechnung des bergmännischenTunnels erfolgt mit einem zweidimensionalen FE-Modell, in dem der Baugrund als Kontinuum imebenen Dehnungszustand abgebildet wird. DieAußen- und die Innenschale des Tunnels werdenals biegesteife Stabzüge abgebildet. Die Kopplungzwischen den Knoten der Außen- und Innenschaleerfolgt über Einzelfedern, deren Kraftübertragung

ausschließlich in radialer Richtung zum Tunnel ge-schieht. Eine Zugkraftübertragung wird ausge-schlossen. Diese Kopplung erfasst die Wirkungs-weise der Trennfolie zwischen Außen- und Innen-schale, die eine Übertragung von Scherkräften ver-hindert.

Der Primärspannungszustand im Gebirge wird vomProgramm aus der Gebirgswichte, der jeweiligenÜberlagerungshöhe und der Querdehnzahl errech-net. Die Temperaturlasten werden gemäß ZTV-ING,Teil 5, Abschnitt 1 angesetzt. Verkehrslasten imTunnel werden bei der Bemessung vernachlässigt,da sie zu keinen maßgebenden Beanspruchungenführen.

Die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen undWiderstände nach europäischen und nach alten na-tionalen Vorschriften werden in Tabelle 7.1 gegen-übergestellt. Sie sind gleich.


Das Tunnelbauwerk ist auf der Grundlage der DINEN 1997-1 und der DIN 1054 nachzuweisen. Diesefordern die Nachweise in den Grenzzuständen derTragfähigkeit und in den Grenzzuständen der Ge-brauchstauglichkeit.

Für den vorliegenden Tunnelrahmen sind die fol-genden Nachweise erforderlich:

1. Grenzzustand STR und GEO-2: Grenzzustanddes Versagens von Bauwerken, Bauteilen undBaugrundIn diesem Grenzzustand wird die Stahlbeton-konstruktion im Grenzzustand der Tragfähigkeitbemessen.

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Tab. 7.1: Gegenüberstellung der Teilsicherheitsbeiwerte für die Bemessung des Tunnels in bergmännischer Bauweise

Teilsicherheitsbeiwert gemäß DIN 1054(2010) bzw. DIN EN 1992-2


Einwirkungen

ständige Einwirkungen (Eigengewicht)

γG = 1,35 (STR, BS-P) γG = 1,0 (SLS, BS-P)

γG = 1,35 (GZ1B, LF1) γG = 1,0 (GZ2, LF1)

TemperaturlastenγT = 1,0

ψ0 = ψ1 = 0,60, ψ2 = 0,5γT = 1,0

ψ0 = ψ1 = 0,60, ψ2 = 0,5

Widerstände




γS = 1,0 (SLS)γS = 1,15 (GZT, S+V)

γS = 1,0 (GZG)

2. Grenzzustand SLS: Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit Im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeitwird die Rissbreitenbeschränkung der Stahlbe-tonkonstruktion nachgewiesen.


7.1.5 Schnittgrößenermittlung

Die Berechnung erfolgt sukzessive und berücksich-tigt die einzelnen Ausbruchsphasen und Einbauzu-stände.

Aufbauend auf dem Primärspannungszustand wer-den für den Kalotten-, Strossen- und Sohlausbruchschrittweise die Steifigkeit und die Primärspannun-gen des Bodens in den späteren Ausbruchsquer-schnitten über einen Faktor reduziert, um eine Vor-entspannung des Gebirges infolge Annäherung desVortriebs zu simulieren. Hierbei erfolgt eine Span-nungsumlagerung im Bereich des Ausbruchsquer-schnittes. Die Vorentspannung wird dabei so kali-briert, dass die vom tunnelbautechnischen Gutach-ter angegebene effektive Belastung der Außen-schale erreicht wird. Die Kontinuumselemente inden einzelnen Ausbruchsquerschnitten werden an-schließend deaktiviert und die Stabelemente derAußenschale für die Kalotte, Strosse bzw. Sohleaktiviert. Für die Außenschale wird zur pauschalenErfassung von Kriecheffekten bei frühzeitiger Be -lastung der rechnerische E-Modul des Spritzbetonsmit 50 % des Nennwertes angesetzt.

Nach Erreichen des Vollausbruchszustandes wer-den die Stabelemente der Innenschale und dieKoppelfedern zwischen Außen- und Innenschaleaktiviert. Die Innenschale wird durch ihr Eigenge-wicht und die Temperaturlasten beansprucht. Eswerden sowohl Lastfälle untersucht, in denen dieAußenschale noch intakt ist, als auch Lastfälle, indenen die Außenschale ihre Tragfähigkeit verlorenhat und die Gebirgslasten über die Koppelfedernauf die Innenschale umgelagert werden.

Die Einwirkungen Eigengewicht und Gebirgsdruckwerden in allen Berechnungsschritten mit ihrencharakteristischen Werten auf das System ange-setzt. Die Temperatureinwirkungen werden für denNachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS)mit dem Faktor 1/γG multipliziert auf das Systemaufgebracht, um bei Multiplikation der Schnittgrö-

ßen mit den Teilsicherheitsbeiwerten in Anlehnungan die ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 eine Teilsicher-heit von 1,0 für die Temperatur zu berücksichtigen.Bei der Ermittlung der Schnittgrößen für den Nach-weis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit(SLS) werden die Temperatureinwirkungen gemäßZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 1 mit einem Kombina -tionswert ψ2 = 0,5 angesetzt.

7.1.6 Bemessung der Stahlbetonkonstruktion

Für die Bemessung werden die charakteristischenSchnittgrößen mit den Teilsicherheiten für ständigeEinwirkungen multipliziert. Aufgrund der langenStandzeit der Außenschale erfolgt deren Bemes-sung ebenso wie die Bemessung der Innenschalemit den Teilsicherheiten der BemessungssituationBS-P.

Für die Außenschale erfolgt die Biege- und Schub-bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeitgemäß DIN EN 1992-2. Für die Innenschale wer-den sowohl die Nachweise im Grenzzustand derTragfähigkeit als auch die Nachweise der Rissbrei-tenbeschränkung im Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeit gemäß DIN EN 1992-2 ge-führt. Die zulässigen rechnerischen Rissbreiten derInnenschale sind ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 zuentnehmen.

Der Nachweis der Begrenzung der Betondruck-spannung auf 0,6 fck gemäß DIN EN 1992 2, 7.2 (102) ist bei Tunnelbauwerken nicht zu führen,da durch die vergrößerte Betondeckung von 6 cmund die außen liegende Längsbewehrung die Ent-stehung von Querzugrissen verhindert wird.


Für den betrachteten bergmännischen Tunnel un-terscheiden sich die charakteristischen Einwirkun-gen und die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkun-gen aus Erddruck und Temperatur, die Material -widerstände sowie die Art der Nachweise nicht zwi-schen neuen europäischen und alten nationalenNormen.

Die gemäß DIN EN 1992-2 anzusetzenden rechne-rischen E-Moduln des Betons sind größer ist als diebisher nach DIN-Fachbericht 102 zu berücksich -tigenden E-Moduln (für die Außenschale C20/25:Ecm = 30.000 MN/m² > Ecm = 24.900 MN/m²,

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Faktor 1,20; für die Innenschale C30/37 Ecm =32.800 MN/m² > Ecm = 28.300 MN/m², Faktor 1,16).Da raus resultiert ein anderes Steifigkeitsverhältniszwischen Gebirge und Konstruktionsbeton, wel-ches sowohl bei der Schnittgrößenermittlung derAußenschale als auch bei der Schnittgrößenermitt-lung der Innenschale zu einer verstärkten Lastum-lagerung auf die Tunnelauskleidung und damit zuhöheren Schnittgrößen führt.

Die Bemessungsformeln zur Biege- und Schub -bemessung selbst sowie die Rissbreitennachweisegemäß DIN EN 1992-2 und DIN-Fachbericht 102sind – abgesehen vom rechnerischen E-Modul, derin die Nachweise der Rissbreiten eingeht – gleich,sodass hieraus keine Bemessungsunterschiede resultieren.

Die Außenschale benötigt rechnerisch sowohlgemäß DIN EN 1997-1/DIN EN 1992-2 als auchgemäß DIN 1054(2005)/DIN-Fachbericht 102 keineBewehrung und wird konstruktiv mit einer zweila -gigen Mattenbewehrung ausgeführt. Schubbeweh-rung wird weder in der Außen- noch in der Innen-schale erforderlich.

Bei der Innenschale ergibt sich aufgrund der höhe-ren Steifigkeit der Schale gemäß DIN EN 1997-1/DIN EN 1992-2 eine Vergrößerung der erforder -lichen Biegebewehrung, die jedoch größtenteilsdurch die Mindestbewehrung abgedeckt ist. In derFirste, in der die erforderliche Bewehrung größerals die Mindestbewehrung ist, ergibt sich gemäß

DIN EN 1997-1/DIN EN 1992-2 gegenüber der Be-rechnung nach DIN 1054(2005)/DIN-Fachbericht102 eine Erhöhung der erforderlichen Bewehrungum 13 %. Da es sich hierbei um große Differenzenkleiner Zahlen handelt, wirkt sich diese Erhöhungbei der Wahl der einzulegenden Bewehrung nichtaus.

8 Standsicherheitsnachweis füreine Pfahlgründung



Zur Gründung eines Pfeilers für ein mehrfeldrigesBrückenbauwerk wird zur Abtragung der Vertikal-und Horizontallasten eine Pfahlrost-Konstruktionmit starrer Pfahlkopfplatte hergestellt. Die 8 geneigtausgeführten Pfähle haben einen Durchmesser von60 cm und werden als Bohrpfähle geplant. Sieüberbrücken die unterhalb einer Auffüllung anstehende ca. 8 m mächtige Tonschicht und gründen6 m tief in tragfähigem Fels.

Bild 8.1 und Bild 8.2 zeigen die Geometrie und dieBaugrundverhältnisse des Musterbeispiels. Diecharakteristischen Baugrundkennwerte sind in An-lage 5 zusammengestellt.

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Bild 7.2: Gegenüberstellung der Bemessungsergebnisse gemäß DIN EN 1997-1/DIN 1992-2 (EC) und DIN 1054(2005)/DIN-Fachbericht 102 (DIN)


Als übergeordnete Vorschrift für die Standsicher-heits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise derPfahlgründung gelten die Zusätzlichen TechnischenVertragsbedingungen ZTV-ING, Teil 2, Abschnitt 2(Grundbau, Gründungen).

Für die Ansätze im Einzelnen wie Einwirkungen,Teilsicherheiten und Bemessung gelten die ent-sprechenden fachspezifischen Vorschriften. Diessind im Wesentlichen:




• DIN EN 1997-1: für die Sicherheitsnachweiseder Pfahlgründung,

• DIN 1054: für die Teilsicherheitsbeiwerte für Ein-wirkungen und Widerstände aus Baugrund undGrundwasser.

Darüber hinaus sind die EA-Pfähle zu beachten.







Der Pfahlrost mit seinen 8 Gründungspfählen wirdals dreidimensionales System abgebildet. Dabei

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Bild 8.1: Pfahlgründung, Längs- und Querschnitt

Bild 8.2: Pfahlgründung, Draufsicht auf Pfahlkopfplatte

werden die Pfähle als Pendelstützen mit gelenkigerLagerung am Kopf und am Fuß modelliert. DiePfahlkopfplatte wird als biegesteife Stahlbeton -platte mit ihrer tatsächlichen Steifigkeit abgebildet.Zur Ermittlung der Eigengewichts-Lasten des Pfei-lers und zur Berücksichtigung der zutreffenden Hebelarme der Brückenauflasten wird auch derPfeiler mit abgebildet.

Gemäß DIN 1054 ist die Nichtlinearität der Wider-stands-Setzungslinie der Pfähle bei den Stand -sicherheitsnachweisen zu beachten. Daher werdenan den Füßen der als starr abgebildeten Pfähle elastische Federn angeordnet, deren Federsteifig-keiten iterativ an die jeweiligen Pfahllasten der ein-zelnen Pfähle angepasst werden können. Die Federsteifigkeiten werden dabei als Sekanten ausder charakteristischen Widerstands-Setzungslinieermittelt.

Der Pfahlrost wird durch die Gründungslasten desBrückenbauwerkes beansprucht. Die Einwirkungensetzen sich zusammen aus den Eigengewichts -lasten der Brücke und des Pfeilers gemäß DIN EN1991-1-1 sowie den Brückenverkehrslasten gemäßDIN EN 1991-2.

Bedingt durch die veränderten Straßenverkehrs -lasten und die veränderten Teilsicherheitsbeiwertefür Straßenverkehrslasten würden sich im Berech-nungsbeispiel auf der Grundlage der alten natio-nalen und der neuen europäischen Vorschriftenabweichende Gründungslasten ergeben. Das

Maß der Abweichung hängt dabei von der Spann-weite und Breite der Brücke ab. Zur Vergleich -barkeit der Berechnungsergebnisse für die Pfahl-gründung werden hier vereinfachte fiktive charak-teristische Einwirkungen angesetzt, die mit den gleichen, allgemeinen Teilsicherheitsbeiwerten (γG = 1,35 und γQ = 1,50) gemäß DIN 1054 beauf-schlagt werden.

Zum Nachweis der Pfahltragfähigkeit wurden indem anstehenden Baugrund drei statische Pfahl-probebelastungen (Druckpfähle) durchgeführt. Fürdie Zugpfähle kann auf einen Erfahrungswert derMantelreibung zurückgegriffen werden.

Die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen undWiderstände nach europäischen und nach alten nationalen Vorschriften werden in Tabelle 8.1 ge-genübergestellt. Die Teilsicherheiten für die Pfahl-widerstände unterscheiden sich zwischen DIN1054 (2010) und DIN 1054(2005). Die übrigen Teil-sicherheiten sind unverändert.


Die Pfahlgründung ist auf der Grundlage der DINEN 1997-1 und der DIN 1054 nachzuweisen. Diesefordern die Nachweise in den Grenzzuständen derTragfähigkeit und in den Grenzzuständen der Ge-brauchstauglichkeit.

Für den vorliegenden Pfahlrost sind die folgendenNachweise erforderlich:

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Tab. 8.1: Gegenüberstellung der Teilsicherheitsbeiwerte für die Bemessung der Pfahlgründung



Einwirkungen

ständige Einwirkungen(Eigengewicht)

γG = 1,35 (STR, BS-P) γG = 1,0 (SLS, BS-P)

γG = 1,35 (GZ1B, LF1) γG = 1,0 (GZ2, LF1)

allgemeine VerkehrslastenγQ = 1,5 (STR, BS-P) γQ = 1,0 (SLS, BS-P)

γQ = 1,5 (GZ1B, LF1) γQ = 1,0 (GZ2, LF1)

Widerstände

Pfahldruckwiderstand bei Probebelastung γt = 1,10 (GEO-2) γP,c = 1,20 (GZ1B)

Pfahlwiderstand auf Zug aufgrund von Erfahrungswerten

γS,t = 1,50 (GEO-2) γP = 1,40 (GZ1B)




γS = 1,0 (SLS)γS = 1,15 (GZT, S+V)

γS = 1,0 (GZG)

1. Grenzzustand STR und GEO-2: Grenzzustanddes Versagens von Bauwerken, Bauteilen undBaugrundIn diesem Grenzzustand wird die innere und äu-ßere Standsicherheit der Pfähle nachgewiesen.

2. Grenzzustand SLS: Grenzzustand der Ge-brauchstauglichkeitIm Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeitwerden im Wesentlichen die Verformungen derGründung untersucht.


8.1.5 Charakteristische Widerstands-Setzungslinie und Gruppenwirkung

Es liegen die Ergebnisse von drei statischen Pfahl-probebelastungen vor. Aus diesen Probebelastun-gen wird gemäß DIN EN 1997-1 eine charakteris -tische Widerstands-Setzungslinie ermittelt.

Bei dem hier vorliegenden Pfahlrost kann aufgrunddes geringen Pfahlabstandes (2,5 m) und der gro-ßen Pfahllänge (6 m in tragfähigem Baugrund) einegegenseitige Beeinflussung der Pfähle nicht ohneweiteres ausgeschlossen werden. Das gegenüberEinzelpfählen weichere Tragverhalten und die gerin-gere Tragfähigkeit des Pfahlrostes werden in Anleh-nung an die Nomogramme der EA-Pfähle abge-schätzt. Es wird für die Eckpfähle ein Faktor von 90 % und für die übrigen Pfähle, die alle alsRandpfähle zu betrachten sind, ein Faktor von 80 %der Steifigkeit eines Einzelpfahles angesetzt. Diecharakteristischen Widerstands-Setzungslinien derPfähle werden mit diesen Faktoren abgemindert.

8.1.6 Ermittlung der Pfahlkräfte

Die Pfahlkräfte werden aufgrund der nichtlinearenWiderstands-Setzungslinie unter charakteristischenEinwirkungen ermittelt. Es werden die zwei Lastfall-kombinationen „ständige Lasten“ und „ständige undveränderliche Lasten“ getrennt untersucht. Die charakteristischen Pfahlkräfte unter veränderlichen Lasten ergeben sich aus der Differenz der Pfahl-kräfte aus den beiden Lastfallkombinationen.

Die Federn an den Pfahlfüßen werden bei Bedarfiterativ an die Pfahlkräfte angepasst, sodass im Er-gebnis alle Pfähle mit einer Steifigkeit abgebildetsind, die ihrer Lage in der Widerstands-Setzungs -linie entspricht.

8.1.7 Bemessung der Pfähle

Der Nachweis der Tragfähigkeit der Pfähle erfolgtmit dem Nachweisverfahren STR/GEO-2. Für diePfähle wird die äußere Tragfähigkeit im Grenz -zustand der Tragfähigkeit nachgewiesen, indem diecharakteristischen Pfahlkräfte mit den Teilsicherhei-ten des Grenzzustandes GEO-2 multipliziert wer-den. Sie werden dann den Bemessungswerten derPfahltragfähigkeit gegenübergestellt, die für dieDruckpfähle aus den charakteristischen Wider-stands-Setzungslinien durch Abminderung mit derentsprechenden Teilsicherheit abgeleitet werden.Für die Zugpfähle wird im Beispiel der charakteris -tische Wert der Pfahltragfähigkeit aus Erfahrungs-werten der Mantelreibung ermittelt. Die hierfür aufder Widerstandsseite anzusetzende Teilsicherheitist größer, als wenn die Pfahltragfähigkeit durchVersuche nachgewiesen wird.

Die innere Tragfähigkeit der Bohrpfähle wird durcheine Stahlbetonbemessung gemäß DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-2 nachgewiesen. DieMindestbewehrung der Pfähle ist auf der Grund lageder DIN EN 1536 zu wählen. Mit der gewähltenMindestbewehrung ist hier auch eine Rissbreiten-beschränkung sichergestellt. Ein Knicknachweis istwegen der ausreichenden Steifigkeit des Tonesnicht erforderlich.

8.1.8 Verformungsbegrenzung

Die Pfahlsetzungen im Gebrauchszustand werdenunter Berücksichtigung der nichtlinearen Wider-stands-Setzungslinien abhängig vom Ausnutzungs-grad der einzelnen Pfähle und unter Berücksich -tigung der Gruppenwirkung ermittelt. Zur Bewer-tung der Pfahlsetzungen und der Bewegungen desPfeilerkopfes werden die Setzungen der Pfahlkopf -platte und die Verformungen des Pfeilers ebenfallsausgewertet.


Die charakteristischen Einwirkungen auf die Pfahl-gründung und die zugehörigen Teilsicherheitsbei-werte der Einwirkungen wurden im vorliegendenBeispiel zur Vergleichbarkeit der Ergebnisse fürbeide Berechnungsnormen einheitlich gewählt.

Die Auswertung der Pfahlversuche unterscheidetsich zwischen DIN EN 1997-1 und DIN 1054(2005)

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u. a. durch andere Streuungsfaktoren. Die ermittel-te charakteristische Widerstands-Setzungslinie derDruckpfähle nach DIN EN 1997-1 ist etwas weicherals nach DIN 1054(2005), was jedoch durch einegeringere Teilsicherheit auf der Widerstandsseitewieder nahezu ausgeglichen wird. Im hier gewähl-ten Beispiel sind die Bemessungswerte der Pfahl-tragfähigkeit nach DIN EN 1997-1 ca. 4 % größerals nach DIN 1054(2005).

Für die Zugpfähle, die im Beispiel auf der Grund lagevon Erfahrungswerten der Mantelreibung bemessenwerden, gibt DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010) einengrößeren Teilsicherheitsbeiwert auf der Wider-standsseite vor (γS,t = 1,50 anstelle γP = 1,40), so-dass die Bemessungswerte der Pfahltragfähigkeitauf Zug nach DIN EN 1997-1 im Beispiel ca. 7 %kleiner sind als nach DIN 1054(2005).

Tabelle 8.2 stellt die Bemessungswerte der Pfahl-tragfähigkeit und die Ausnutzungsgrade der Pfählegegenüber. Zu den Pfahlnummern siehe Bild 8.2.

Die errechneten charakteristischen Setzungen derPfähle und des Pfeilers sind aufgrund der etwasweicheren Widerstands-Setzungslinie der Pfählegemäß DIN 1997-1 geringfügig größer als nach DIN 1054(2005). Die Zahlenwerte der Verformun-gen sind Anlage 5 zu entnehmen.

Die konstruktive Ausbildung der Pfähle und die er-forderliche Bewehrung sind im Berechnungs -beispiel gleich, da die Bemessung gemäß DIN EN1992-1-1 und DIN EN 1992-2 identisch ist mit derBemessung gemäß DIN-Fachbericht 102 und fürdie konstruktive Ausbildung und Mindestbewehrungin beiden Fällen DIN EN 1536 maßgebend ist.

9 Ergebnisse undEmpfehlungen

Das Ergebnis der Erprobung der Anwendung derEurocodes auf die Berechnung und Bemessung repräsentativer Grund- und Tunnelbauwerke mitVergleichsberechnungen nach alten nationalenVorschriften lässt sich wie folgt zusammenfassen:

(1) Spundwandverbau

(1.1) Die erforderlichen Nachweise für Baugru-benwände sind in DIN EN 1997-1, DIN1054(2010), DIN 4084, DIN 4085, in derEAB, 5. Auflage, sowie in ZTV-ING, Teil 2,Abschnitt 1, eindeutig geregelt.

(1.2) Die Berechnungsschritte für die Bemessungder Bauteile und die Bemessungsergebnissefür die Profillänge, die Ankerlänge sowie dieerforderlichen Spundwandprofile und Ankersind identisch mit den Berechnungen und Er-gebnissen nach den bisherigen nationalenVorschriften.

(1.3) Für Spundwandprofile ist in DIN EN 1993-5jetzt das Nachweisverfahren Elastisch-Plastisch mit Ausnutzung der plastischenQuerschnittswerte explizit geregelt. Für un-verankerte oder einfach verankerte U-Bohlenwie im Beispiel resultiert hieraus jedoch keineTragfähigkeitserhöhung, da die höhere Quer-schnittsausnutzung durch erforderliche Ab-minderungsfaktoren für die verminderteSchubkraftübertragung in den Spund-wandschlössern wieder aufgezehrt wird. Bei

Tab. 8.2: Gegenüberstellung der Bemessungsergebnisse

Berechnung nach DIN EN 1997-1 Berechnung nach DIN 1054(2005)

PfahlFc;d[kN]

Rc;d[kN]

Ausnutzungsgrad

[%]

Ed[kN]

Rd[kN]

Ausnutzungsgrad

[%]

1 -1.038,6 -1.335 78 -1.039,6 -1.283 81

2 -943,3 -1.187 79 -944,8 -1.138 83

3 -1.038,6 -1.335 78 -1.039,6 -1.283 81

4 -493,4 -1.187 42 -490,1 -1.138 43

5 204,8 753 27 203,1 808 25

6 -960,0 -1.187 81 -960,0 -1.138 84

7 204,8 753 27 203,1 808 25

8 -493,4 -1.187 42 -490,1 -1.138 43

Z-Bohlen allgemein und bei mehrfach veran-kerten U-Bohlen in dichtem oder steifem Bau-grund wäre jedoch durch die Anwendung desNachweisverfahrens Elastisch-Plastisch ge-nerell eine höhere Ausnutzung der Profilemöglich. Das gemäß DIN EN 1993-5 für be-stimmte Profile ebenfalls mögliche Nachweis-verfahren Plastisch-Plastisch wird in der EAB,5. Auflage nicht zur Anwendung empfohlen.

(1.4) Bei der Anwendung der neuen europäischenNormen auf Baugruben, die im Wesentlichendem untersuchten Beispiel entsprechen, sindkeine Änderungen des Sicherheitsniveausund der Kosten zu erwarten.

(2) Winkelstützwand

(2.1) Die erforderlichen Nachweise für Stützwändesind in DIN EN 1997-1, DIN 1054(2010), DIN4017, DIN 4084 und DIN 4085 eindeutig ge-regelt.

(2.2) Der neu eingeführte Kippnachweis in DIN EN1997-1 ist im vorliegenden Beispiel nicht be-messungsrelevant. Die erforderlichen äuße-ren Abmessungen der Winkelstützwand sindidentisch mit den nach alten nationalen Nor-men errechneten.

(2.3) Die Stahlbetonbemessung gemäß DIN EN1992-2 liefert gleiche Ergebnisse wie die Be-messung nach DIN-Fachbericht 102. Die er-forderliche Bewehrung und die Mindest -bewehrung in Anlehnung an ZTV-ING, Teil 5,Abschnitt 2, sind identisch.

(2.4) Bei der Anwendung der neuen europäischenNormen auf Stützwände, die im Wesentlichendem untersuchten Beispiel entsprechen, sindkeine Änderungen des Sicherheitsniveausund der Kosten zu erwarten.

(3) Tunnel in offener Bauweise

(3.1) Die erforderlichen Nachweise für Tunnel in offener Bauweise sind in DIN EN 1997-1, DIN1054(2010), DIN 4085 und ZTV-ING, Teil 5,Abschnitt 2 eindeutig geregelt.

(3.2) Die Vergrößerung der Straßenverkehrslastengemäß DIN EN 1991-2 und der veränderteTeilsicherheitsbeiwert für Straßenverkehrs -lasten gemäß DIN EN 1990 führen im vorlie-genden Fall eines eingeschütteten Tunnelrah-

mens zu keiner Veränderung des Bemes-sungsergebnisses.

(3.3) Aus dem gemäß DIN EN 1992-2 anzusetzen-den größeren rechnerischen E-Modul des Be-tons resultieren größere Schnittgrößen infol-ge Zwangsbeanspruchungen (Temperatur),die sich hier insgesamt mit einer Erhöhungder erforderlichen Bewehrung um bis zu 5 %auswirken. Die Bemessungsformeln zurBiege- und Schubbemessung selbst sowiedie Rissbreitennachweise nach DIN EN 1992-2 und nach DIN-Fachbericht 102 sindgleich, sodass hieraus keine Bemessungs -unterschiede resultieren.

(3.4) Die vergrößerte Anpralllast führt zu einer Ver-größerung der statisch erforderlichen Biege-und Schubbewehrung der Mittelwand. DieBiegebewehrung wird jedoch im Wesent -lichen durch die konstruktiv erforderlichezweilagige Mindestbewehrung abgedeckt.

(3.5) Bei der Anwendung der neuen europäischenNormen auf Tunnelbauwerke in offener Bau-weise sind aufgrund der nun etwas größer an-zusetzenden Betonsteifigkeiten geringfügighöhere erforderliche Bewehrungsquerschnittemöglich. Relevante Steigerungen des Sicher-heitsniveaus und der Kosten sind jedoch nichtzu erwarten.

(4) Tunnel in geschlossener Bauweise

(4.1) Die erforderlichen Nachweise für Tunnel in ge-schlossener Bauweise sind in DIN EN 1997-1,DIN 1054(2010) und ZTV-ING, Teil 5, Ab-schnitt 1 im Wesentlichen eindeutig geregelt.

(4.2) Im Hinblick auf die Unsicherheiten bei der Ab-schätzung der auf die Spritzbetonschale wir-kenden Gebirgsdrücke und die oft langeStandzeit der vorläufigen Sicherung im berg-männischen Tunnelbau wird vorgeschlagen,die Tragfähigkeitsnachweise der Außenscha-le in die ständige Bemessungssituation einzu-stufen und einen entsprechenden Hinweis inAbschnitt 1 der ZTV-ING, Teil 5 aufzuneh-men.

(4.3) Für den Tragsicherheitsnachweis wird emp-fohlen, die Temperaturlasten in Anlehnung anZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 2 auch bei Tunnelnin geschlossener Bauweise mit einer Teil -sicherheit von 1,0 zu berücksichtigen und

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einen entsprechenden Hinweis in Abschnitt 1der ZTV-ING, Teil 5 aufzunehmen.

(4.4) Aus den gemäß DIN EN 1992-2 anzusetzen-den größeren rechnerischen E-Moduln desBetons resultiert in der Kontinuumsberech-nung ein anderes Steifigkeitsverhältnis zwi-schen Gebirge und Konstruktionsbeton, wel-ches sowohl bei der Schnittgrößenermittlungder Außenschale als auch bei der Schnitt -größenermittlung der Innenschale zu einerverstärkten Lastumlagerung auf die Tunnel-auskleidung und damit zu höheren Schnitt-größen führt.

(4.5) Bei der Innenschale ergibt sich aufgrund derhöheren Steifigkeit der Schale gemäß DINEN 1992-2 eine Vergrößerung der erforder -lichen Biegebewehrung, die im Beispiel je-doch größtenteils durch die Mindestbeweh-rung abgedeckt ist. Die absoluten Abweichun-gen bezogen auf die Bewehrungsquerschnit-te sind so gering, dass sich diese Erhöhungbei der Wahl der einzulegenden Bewehrungim Beispiel nicht auswirkt.

(4.6) Bei der Anwendung der neuen europäischenNormen auf Tunnelbauwerke in geschlosse-ner Bauweise sind aufgrund der nun etwasgrößer anzusetzenden Betonsteifigkeiten ge-ringfügig höhere erforderliche Bewehrungs-querschnitte möglich. Relevante Steigerun-gen des Sicherheitsniveaus und der Kostensind jedoch nicht zu erwarten.

(5) Bohrpfahlgründung

(5.1) Die erforderlichen Nachweise für Pfahlgrün-dungen sind in DIN EN 1997-1, DIN1054(2010), den EA-Pfähle und der ZTV-ING,Teil 2, Abschnitt 2 im Wesentlichen eindeutiggeregelt.

(5.2) Für Pfahlroste, deren Pfähle nicht ausrei-chend weit auseinander stehen, um eine ge-genseitige Beeinflussung auszuschließen,lassen sich die in den EA-Pfähle angegebe-nen Nomogramme zur Gruppenwirkung vonPfählen nur bedingt anwenden.

(5.3) Die gemäß DIN EN 1997-1 ermittelte charak-teristische Widerstands-Setzungslinie derDruckpfähle ist etwas weicher als nach DIN1054(2005), was jedoch im Beispiel durcheine geringere Teilsicherheit auf der Wider-

standsseite wieder nahezu ausgeglichenwird.

(5.4) Für Zugpfähle, die auf der Grundlage von Er-fahrungswerten der Mantelreibung bemessenwerden, gibt DIN EN 1997-1/DIN 1054(2010)gegenüber DIN 1054(2005) einen größerenTeilsicherheitsbeiwert auf der Widerstands-seite vor, sodass die Bemessungswerte derPfahltragfähigkeit auf Zug nach DIN EN 1997-1 ca. 7 % kleiner sind als nach DIN1054(2005).

(5.5) Die sowohl gemäß DIN EN 1997-1 als auchgemäß DIN 1054(2005) vorgeschriebene Berücksichtigung der Nichtlinearität in der Widerstands-Setzungslinie bei der Ermittlungder Pfahlkräfte führt bei hohem Aufwand derIteration gegenüber der Berechnung mit ein-heitlichen Federsteifigkeiten für alle Pfählenur zu sehr geringen Unterschieden in den errechneten Pfahlkräften. Solange sich dieGebrauchslasten der Pfähle im annähernd linearen, flachen Anfangsbereich der Wider-stands-Setzungslinie befinden, sollte u. E.eine lineare Berechnung zugelassen werden.

(5.6) Bei der Anwendung der neuen europäischenNormen auf Pfahlgründungen, die im We-sentlichen dem untersuchten Beispiel ent-sprechen, sind keine relevanten Änderungendes Sicherheitsniveaus und der Kosten zu erwarten.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass sichdurch die Einführung der neuen europäischen Vor-schriften für Bauwerke des Grund- und Tunnelbausnur geringe technische Änderungen bei den zu füh-renden statischen Nachweisen und auch nur gerin-ge Änderungen in den Bemessungsergebnissengegenüber den derzeitigen deutschen Normen er-geben. Dies liegt zum großen Teil daran, dass u. a.mit den Normen DIN 1045-1, DIN-Fachbericht 101,DIN-Fachbericht 102 und DIN 1054(2005) das Teil-sicherheitskonzept und die Nachweisformen dereuropäischen Normung für Deutschland schon vor-weg eingeführt worden sind. Die Umstellung auf dieeuropäischen Normen beinhaltet im Grund- undTunnelbau daher keine wesentlichen Änderungen.

Kritisch ist allerdings anzumerken, dass sich derUmfang der zu beachtenden Normen – sowohl wasdie Anzahl der Vorschriften inklusive der nationalenAnhänge als auch was den textlichen Umfang be-trifft – erheblich vergrößert hat. Die für die Ermitt-

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lung der Einwirkungen, der Teilsicherheiten und derKombinationsvorschriften sowie für die eigentlichenstatischen Nachweise und die Bauteilbemessungzu beachtenden Regelungen finden sich weit ver-streut über diverse Normen und Anwendungsdoku-mente. Dies bedeutet einen hohen Aufwand für dasZusammensuchen aller wichtigen Grundlagen undbirgt darüber hinaus das Risiko, dass für das kon-krete Bauwerk eventuell einzuhaltende Regelun-gen übersehen werden. Hier wäre eine Straffungund Zusammenfassung der Regelwerke zu praxis-gerechten Handbüchern wünschenswert.

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Schriftenreihe

Berichte der Bundesanstaltfür Straßenwesen

Unterreihe „Brücken- und Ingenieurbau“

2007B 55: Überprüfung des Georadarverfahrens in Kombination mit magnetischen Verfahren zur Zustandsbewertung von Brücken-fahrbahnplatten aus Beton mit BelagsaufbauKrause, Rath, Sawade, DumatDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 14,50

B 56: Entwicklung eines Prüfverfahrens für Beton in der Exposi-tionsklasse XF2Setzer, Keck, Palecki, Schießl, BrandesDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 19,50

B 57: Brandversuche in Straßentunneln – Vereinheitlichung der Durchführung und AuswertungSteinauer, Mayer, KündigDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 26,50

B 58: Quantitative Risikoanalysen für StraßentunnelSistenich E 14,50

2008B 59: Bandverzinkte SchutzplankenholmeSchröder E 12,50

B 60: Instandhaltung des Korrisionsschutzes durch Teilerneue-rung – BewährungSchröder E 13,50

B 61: Untersuchung von Korrision an Fußplatten von Schutz-plankenpfostenSchröder, Staeck E 13,00

B 62: Bewährungsnachweis von Fugenfüllungen ohne UnterfüllstoffEilers E 12,00

B 63: Selbstverdichtender Beton (SVB) im StraßentunnelbauHeunisch, Hoepfner, Pierson (†), Dehn, Orgass, SintDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 17,50

B 64: Tiefenabhängige Feuchte- und Temperaturmessung an ei-ner Brückenkappe der Expositionsklasse XF4Brameshuber, Spörel, Warkus E 12,50

2009B 65: Zerstörungsfreie Untersuchungen am Brückenbauwerk A1 Hagen/SchwerteFriese, Taffe, Wöstmann, ZoegaDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 14,50

B 66: Bewertung der Sicherheit von StraßentunnelnZulauf, Locher, Steinauer, Mayer, Zimmermann,Baltzer, Riepe, Kündig E 14,00

B 67: Brandkurven für den baulichen Brandschutz von Straßen-tunnelnBlosfeld E 17,50

B 68: Auswirkungen des Schwerlastverkehrs auf die Brücken der Bundesfernstraßen – Teile 1-4Kaschner, Buschmeyer, Schnellenbach-Held, Lubasch, Grünberg,Hansen, Liebig, GeißlerDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 29,50

B 69: Berücksichtigung der Belange behinderter Personen bei Ausstattung und Betrieb von StraßentunnelnWagener, Grossmann, Hintzke, Sieger E 18,50

B 70: Frost-Tausalz-Widerstand von Beton in Brücken und Inge-nieurbauwerken an BundesfernstraßenTauscher E 14,50

2010B 71: Empfehlungen für geschweißte KK-Knoten im Straßenbrü-ckenbauKuhlmann, Euler E 22,50

B 72: Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von permanenten Anti-Graffiti-SystemenWeschpfennig, Kropf, von Witzenhausen E 13,50

B 73: Brand- und Abplatzverhalten von Faserbeton in Straßen-tunnelnDehn, Nause, Juknat, Orgass, KönigDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 21,00

B 74: Verwendung von Anti-Graffiti-Systemen auf MauerwerkMüller E 14,00

B 75: Sachstand Verstärkungsverfahren – Verstärken von Beton-brücken im BestandSchnellenbach-Held, Peeters, Scherbaum E 13,50

2011B 76: Instandsetzung und Verstärkung von Stahlbrücken unter Berücksichtigung des BelagssystemsSedlacek, Paschen, Feldmann, Geßler, Möller,Steinauer, Scharnigg E 17,00

B 77: Anpassung von DIN-Fachberichten „Brücken“ an EurocodesTeil 1: DIN-FB 101 „Einwirkung auf Brücken“Teil 2: DIN-FB 102 „Betonbrücken“Teil 3: DIN-FB 103 „Stahlbrücken“Teil 4: DIN-FB 104 „Verbundbrücken“Freundt, Böning, Maurer, Arnold, Gedwien, Müller,Schrick, Tappe, Kuhlmann, Rasche, Froschmeier,Euler, Hanswille, Brauer, BergmannDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 29,50

B 78: Bemessung von Wellstahlbauwerken – Vergleich nach den bisherigen und den neuen RichtlinienKuhlmann, Günther, KraussDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 18,50

B 79: Untersuchungen zur Querkraftbemessung von Spannbe-tonbalken mit girlandenförmiger SpanngliedführungMaurer, Kiziltan, Zilch, Dunkelberg, FitikDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann kostenpflich-tig unter www.nw-verlag.de heruntergeladen werden. E 15,50

B 80: Lautsprecheranlagen und akustische Signalisierung in StraßentunnelnMayer, Reimann, Löwer, Brettschneider, Los E 16,00

B 81: Quantifizierung der Lebensdauer von Betonbrücken mit den Methoden der SystemanalyseMüller, Vogel, Neumann E 14,50

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B 82: Verkehrslastmodelle für die Nachrechnung von Straßen-brücken im BestandFreundt, Böning E 16,00

B 83: Konzeption zur Nachrechnung bestehender StraßenbrückenMaurer, Kolodziejczyk, Zilch, Dunkelberg E 16,00

B 84: Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton mit dem modifizierten CDF-Verfahren (XF2)Gehlen, Lowke, Milachowski E 15,00

B 85: Entwicklung von Verfahren einer zuverlässigkeitsbasierten BauwerksprüfungZilch, Straub, Dier, Fischer E 19,50

B 86: Untersuchungen an Bauwerken aus hochfesten BetonNguyen, Freitag E 13,50

2012B 87: Vermeidung von Glättebildung auf Brücken durch die Nut-zung von GeothermieFeldmann, Döring, Hellberg, Kuhnhenne, Pak, Mangerig,Beucher, Hess, Steinauer, Kemper, Scharnigg E 17,00

B 88: Anpralllasten an Schutzeinrichtungen auf Brücken – An-passung der DIN-Fachberichte „Stahlbrücken“ und „Verbund-brücken“ an endgültige Eurocodes und nationale Anhänge ein-schließlich VergleichsrechnungenKuhlmann, Zizza, Günther E 15,50

B 89: Nachrechnung von Betonbrücken zur Bewertung der Trag-fähigkeit bestehender BauwerkeMaurer, Heeke, Kiziltan, Kolodziejczyk, Zilch,Dunkelberg, Fitik E 19,50

B 90: Fugenbewegung an der Ruhrtalbrücke MintardEilers, Quaas, Staeck E 14,00

2013B 91: Priorisierung und Nachrechnung von Brücken im Bereich der Bundesfernstraßen – Einfluss der Einwirkungen aus Verkehr unter besonderer Berücksichtigung von Restnutzungsdauer und VerkehrsentwicklungFreundt, Böning E 15,00

B 92: Kriterien für die Anwendung von unbewehrten Innenscha-len für StraßentunnelKaundinya E 14,00

B 93: Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten – Anpassung des DIN-Fachberichtes „Betonbrücken“ an die endgültige Euro-codes und nationale Anhänge einschließlich Vergleichsabrech-nungenHegger, Reißen E 17,50

B 94: Baulicher Brandschutz für Tunnel in offener Bauweise – Rechnerischer NachweisPeter, Knief, Schreyer, PiazollaDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann unter http://bast.opus.hbz-nrw.de/ heruntergeladen werden. B 95: Erfahrungen mit selbstverdichtendem und hochfestem Be-ton im Brücken- und Ingenieurbau an BundesfernstraßenTauscher E 17,00

B 96: Geothermischen Anlagen bei Grund- und TunnelbauwerkenAdam E 17,00

B 97: Einfluss der veränderten Verkehrsführung bei Ertüchti-gungsmaßnahmen auf die BauwerksbeanspruchungenFreundt, Böning E 15,00

2014 B 98: Brückenseile – Gegenüberstellung von vollverschlossenen Seilen und LitzenbündelseilenFriedrichDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann unter http://bast.opus.hbz-nrw.de/ heruntergeladen werden.

B 99: Intelligente Brücke – Zuverlässigkeitsbasierte Bewertung von Brückenbauwerken unter Berücksichtigung von Inspektions- und ÜberwachungsergebnissenFischer, Schneider, Thöns, Rücker, StraubDieser Bericht liegt nur in digitaler Form vor und kann unter http://bast.opus.hbz-nrw.de/ heruntergeladen werden.

B 100: Roadtraffic Management System (RTMS)Freundt, Vogt, Böning, Pierson, Ehrle in Vorbereitung

B 101: Adaptive Spannbetonstruktur mit lernfähigem Fuzzy-Re-gelungssystemSchnellenbach-Held, Fakhouri, Steiner, Kühn in Vorbereitung

B 102: Adaptive ‚Tube-in-Tube‘-BrückenEmpelmann, Busse, Hamm, Zedler, Girmscheid in Vorbereitung

B 103: Umsetzung des Eurocode 7 bei der Bemessung von Grund- und TunnelbauwerkenBriebrecher, Städing E 14,00

Alle Berichte sind zu beziehen im:

Carl Schünemann Verlag GmbHZweite Schlachtpforte 728195 BremenTel. (0421) 3 69 03-53Fax (0421) 3 69 03-48www.schuenemann-verlag.de

Dort ist auch ein Komplettverzeichnis erhältlich.

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