1 Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010) 1.4 Aufnehmbarer Sohldruck Flachgründung (GK 2 und GK 3)...

1Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

1.4 Aufnehmbarer Sohldruck Flachgründung (GK 2 und GK 3)1.4.1 Einleitung

Anforderungen an die Gründung (aus Abschnitt 1.1): ausreichende Standsicherheit (GZ 1A – GZ 1C)verträgliche Verformungen (GZ 2) und Wirtschaftlichkeit

2Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Nachweis der Standsicherheit

GZ 1A: Grenzzustand des Verlustes der Lagesicherheit • ggf. Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen

GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken oder Bauteilen• Nachweis der Sicherheit gegen Kippen (s. Abschnitt 1.3)• Nachweis der Sicherheit gegen Grundbruch (s. Abschnitt 1.4.2)• Nachweis der Gleitsicherheit • Nachweis gegen Materialversagen beim Fundament (TWP)

GZ 1C: Grenzzustand der Gesamtsicherheit• ggf. Nachweis der Geländebruchsicherheit

3Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

1.4.3 Nachweis der Gleitsicherheit

Grundbruchsicherheit: Einfluss der Lastneigung

4Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Gleitsicherheit: Versagensmechanismus I (Sohlfuge – Boden)

Gleitsicherheit: Versagensmechanismus II (Fundament + Boden - Boden)

1, c1

2 < 1, c2 < c1

5Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Nach DIN 1054 wird die ausreichende Sicherheit gegen Gleiten eingehalten, wenn im Grenzzustand GZ 1B die folgende Bedingung erfüllt ist:

Td Rt,d

mit: Td = Bemessungswert der parallel zur Fundamentsohlfläche gerichteten Komponente der resultierenden Beanspruchung (berechnet aus der ungünstigsten Kombination horizontaler Einwirkungen)Rt,d = Bemessungswert des in der Sohlfläche verfügbaren Gleitwiderstandes Ep,d = Bemessungswert der sohlflächenparallelen Komponente des

Erdwiderstands

+ Ep,d

6Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Ermittlung von Td

Mit charakteristischen Werten ermittelte Beanspruchungen werden aufgeteilt in eine Komponente normal (N) und eine Komponente tangential (T) zur Sohlfläche (s. Grundbruchsicherheit).

ständige und veränderliche Einwirkungen (mit unterschiedlichen Teilsicherheitsfaktoren) Bemessungswert Td der Tangentialkomponente:

Td = TG,k · G + TQ,k · Q

TG,k = ständiger Anteil der charakteristischen Beanspruchung TQ,k = veränderlicher Anteil der charakteristischen

Beanspruchung

Horizontalschub gleichzeitig in zwei orthogonalen Richtungen x und y Gleitsicherheitsnachweis mit der resultierenden H-Kraft Td,x + Td,y (vektoriell addiert) und in der zugehörigen Richtung

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8Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Ermittlung von Rt,d

Bemessungswert des Gleitwiderstands Rt,d ergibt sich durch Division des charakteristischen Gleitwiderstands Rt,k mit dem entsprechenden Teilsicherheitsbeiwert

Rt,d = Rt,k / Gl

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10Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Der in der Sohlfuge verfügbare charakteristische Gleitwiderstand Rt,k

beträgt:

• bei konsolidierten Verhältnissen (Endzustand) Rt ,k = Nk • tan S,k

Gegebenenfalls müssen auch ein Porenwasserüberdruck oder Auftriebskräfte berücksichtigt werden, welche die effektiven Reibungskräfte herabsetzen. Porenwasserüberdrücke können durch eine geringmächtige Dränschicht unter der Sohlfläche vermiedenwerden.

• bei unkonsolidierten Verhältnissen (Anfangszustand) Rt,k = A‘ • cu,k

Dabei ist A‘ die für die Kraftübertragung maßgebende

Sohlfläche.

11Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Sohlreibungswinkel S,k:

• bei Ortbetonfundamenten: S,k = ´k

• bei Fertigteilen: S,k = 2/3 ´k (ohne Sauberkeitsschicht)

Berücksichtigung einer Sohlreibung bei Bauwerken mit äußerer Abdichtung problematisch Sporn

12Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Nachweis:

Td Rt,d

Gleitsicherheit wird durch Erddruck-Reaktion auf der Stirnseite des Fundaments erhöht.

Ep,k = f (z bzw. Wichte des Bodens und innerem Reibungswinkel ‘k)

Erdwiderstand nur für tatsächliche Projektionsbreite des Fundaments räumliche Wirkung des Bodens neben dem Fundament zur sicheren

Seite hin vernachlässigt

Ep,d = Ep,k/EP

+ Ep,d

13Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

14Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Fragen:

Reichen die Verschiebungen des Fundamentes aus um den Erdwiderstand zu mobilisieren?

maximal ½ Ep,d berücksichtigen

15Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Erdwiderstand für den Nachweis der ausreichenden Gleitsicherheit erforderlich: ist der stützende Boden zum Zeitpunkt der Krafteinwirkung mit Sicherheit vorhanden?

Aufgrabungen neben dem Fundament nur dann zulässig, wenn die Horizontalkräfte entweder nicht auftreten oder in geeigneter Weise vorher abgefangen werden.

16Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Bei ständig einseitig wirkenden Horizontalkräften kann die Gleitsicherheit durch eine geneigte Sohlfläche erhöht werden.

Nachweis:1.in der Fuge 2..32.in einer fiktiven Sohlfläche 8..3 mit entsprechend vergrößerter

Einbindetiefe bei der Ermittlung des Erdwiderstands

17Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Nachweis der Standsicherheit

GZ 1A: Grenzzustand des Verlustes der Lagesicherheit • ggf. Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen

GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken oder Bauteilen• Nachweis der Sicherheit gegen Kippen (s. Abschnitt 1.3)• Nachweis der Sicherheit gegen Grundbruch (s. Abschnitt 1.4.2)• Nachweis der Gleitsicherheit • Nachweis gegen Materialversagen beim Fundament (TWP)

GZ 1C: Grenzzustand der Gesamtsicherheit• ggf. Nachweis der Geländebruchsicherheit

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1.4.4 Sicherheit gegen Aufschwimmen

Das Aufschwimmen eines Gründungskörpers oder eines gesamten Bauwerks ist ein Verlust der Lagesicherheit im Sinne des Grenzzustands GZ 1A.

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Grenzzustand GZ 1A

Vergleich stabilisierender und destabilisierender Einwirkungen. Bei nicht verankerten Konstruktionen wird die Sicherheit gegen Aufschwimmen eingehalten, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:

Ak an der Unterseite des Gründungskörpers einwirkende charakteristische Auftriebskraft Qk charakteristischer Wert weiterer ungünstiger veränderlicher

senkrecht nach oben gerichteter Einwirkungen Gk,stb charakteristische günstige Einwirkung (Bauwerkseigengewicht) FS,k zusätzlich als Einwirkung angesetzte charakteristische Scherkraft,

ermittelt aus der Vertikalkomponente des aktiven Erddrucks (Anpassungsfaktor = 0,8) direkt an der Wand angreifend oder in einer lotrechten Bodenfuge

20Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

21Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Eigengewicht und eventuell vorhandene Scherkräfte können Sicherheit gegen Aufschwimmen nicht gewährleisten:

Erhöhung des Gewichtes (Anordnung eines Sporns) Verankerung (Verpressanker, Zugpfähle)

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Nachweis der Verankerung über Grenzzustand GZ 1B.

Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen von verankerten Konstruktionen entspricht geotechnische Kategorie GK 3 (=Baumaßnahme von hohem Schwierigkeitsgrad)

Dabei müssen zwei Grenzfälle betrachtet werden: a) Sicherheit des Einzelpfahls gegen Herausziehenb) Sicherheit gegen Abheben des gesamten Bodenblocks (Gruppenwirkung)

Aus den Nachweisen gegen Herausziehen des Einzelelementes und Abheben der Bodengruppe wird der Nachweis mit der kleineren Sicherheit maßgebend.

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zu a: Nachweis gegen Herausziehen des Einzelpfahls

Der Bemessungswert der Zugbeanspruchung des Ankers durch den Auftrieb wird folgendermaßen ermittelt:

A1GZ,k charakteristischer Wert der Zugbeanspruchung aufgrund des Auftriebs an der Unterseite des Gründungskörpers

E1QZ,k charakteristischer Wert der Zugbeanspruchung infolge möglicher zusätzlicher ungünstiger veränderlicher Einwirkungen E1GD,k charakteristischer Wert einer gleichzeitig wirkenden Druckbe-

anspruchung infolge ständiger Einwirkungen (z.B. Eigengewicht der Konstruktion )

… Teilsicherheitsbeiwerte nach DIN 1054

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25Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

zu b: Gruppenwirkung die Zugpfähle und des angehängten Bodens Nachweis der Sicherheit gegen Abheben des Erdblockes

26Bodenmechanik und Grundbau II (SS 2010)

Das Gewicht des angehängten Bodens und eventuell auftretende seitliche Scherkräfte werden als stabilisierende Einwirkung angesetzt:

mit GE,k = charakteristische Gewichtskraft des angehängten Bodens

n Anzahl der Zugelemente la größeres Rastermaß der Zugelemente lb kleineres Rastermaß L Länge der Zugelemente maßgebliche Wichte des angehängten Bodens ( = 0,8)