Die elektrische Drucksondierung (CPTu) ?· ASTM D5778 (U.S.A) Neu und unbekannt? Elektrische Drucksondierung…

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  • Die elektrische Drucksondierung (CPTu) zur Minimierung von Projektkosten und risiken

    Hendrik TuenterDipl. Bauing. TU Delft (NL)Geoprofile GmbH, Luzern

    FACHVERANSTALTUNG BAUGRUND-BAUWERK-INTERAKTION:OPTIMIERUNG DER FUNDATION UND

    BEMESSUNG NACH DEM STAND DER TECHNIK

    Bauingenieur TU Delft (NL)Bis 2002: Fugro Engineers BV, Den Haag (NL)

    Geotechnik fr lplattformen und HafenanlagenBis 2008: Geotechnisches Institut AG, SolothurnSeitdem:

    Geoprofile GmbH, LuzernLehrperson SBA, Aarau

    ber mich

  • bersicht der elektrischen DrucksondierungChancen

    BaugrundmodellPfahlgrndung

    Gliederung

    SetzungenSchichtaufbauDeformationseigenschaften der einzelnen SchichtenKonsolidation

    TragfhigkeitSchichtaufbauSchereigenschaften

    Pfahlgrndungen / KPPSchichtaufbauSpitzenwiderstand / Mantelreibung

    schlechter Baugrund!

    Einsatzbereich der elektrischen Drucksondierung

  • Seit ber 50 Jahren weltweit im Einsatzgrosse Erfahrung mit verschiedensten Baugrundarten

    International genormt ISO EN 22476-1:2005 (Europa)BS 1377-7:1990 (U.K.)ASTM D5778 (U.S.A)

    Neu und unbekannt?

    Elektrische Drucksondierung

    Eindrcken einer zylindrischen und mit internen

    Sensoren ausgestatteten Messsonde

    qc

    Spitzenwiderstand qc

    Messparameter:

    fsLokale Mantelreibung fs

    u2

    Porenwasserspannung u2

    i

    Sondenneigung ix, iy

    Datenspeicherung auf einem PC

  • Drucksondierung

    KomponentenHydraulisches SchubgertSondiergestngeMesssondeMesscomputer

    ReaktionskraftBallastieren

    (LKW, Bagger)verankern

    (Baugrund, Beton)bis 200 kN

    Ausfhrungsvarianten

  • Messdaten

    Optimierungschancen

    Ergebnis der elektrischen Drucksondierungen:Besseres Verstndnis des Untergrundes:

    Schichtaufbauhohe vertikale Auflsung (1cm)

    Baugrundkennwertekontinuierlich und keine Strung der Proben

    Messung des Spitzenwiderstands / Mantelreibung (CPTU als instrumentierter Minipfahl)

    Fhrt zu:Optimierung des Pfahlsystems

    muss wirklich gepfhlt werden? KPP? Pfahlsystem?

    Optimierung der PfahlbemessungMessung des Spitzenwiderstands

    Bessere Ausnutzung des Tragwiderstands (a 0.9)

  • Besseres Verstndnis des Untergrundes

    Sand

    Kies

    Kies

    Ton

    TonGW

    Baugrundkennwerteundrainiert(Ton / Silt)

    drainiert(alle)

    Lagerungsdichte(Sand / Kies)

    ME-Wert

  • Optimierungschancen

    Besseres Verstndnis des UntergrundesOptimierung des PfahlsystemsOptimierung der PfahlbemessungBessere Ausnutzung des Tragwiderstands

    Optimierung des Pfahlsystems

    Bauweise: bodenverdrngend vs. bohrenBodenverdrngend: hherer Spitzenwiderstand / hhere Mantelreibung pro Flcheneinheit

    AusfhrungsrisikenRammhindernisse vorhanden?Einbindungstiefe in der Tragschicht gewhrleistet?Gefahr von hydraulischem Grundbruch?

    GertetechnischErforderliches Planum (Kosten!)Maximale Pfahllnge? (evt. entfllt Pfahlbankett)

    Ausfhrung ab OK Terrain oder ab Aushubsohle?evt. Leerbohrung, dafr Einsparung beim PlanumAbhngigkeiten mit Aushub, Baumeisterarbeiten?

    Ein unangemessenes Pfahlsystem ist teuer!

  • Sand

    Kies

    Kies

    Ton

    TonGW

    Nd=600 kN

    DM=0.6 m

    L=18 m

    Das richtige Pfahlsystem?Bohrpfahl zur Aufnahme von Zugkrften

    vor dem Bohren

    nach dem Bohren

    Das richtige Pfahlsystem?Auflockerung des Baugrunds durch den Bohrvorgang

  • Optimierungschancen

    Besseres Verstndnis des UntergrundesOptimierung des PfahlsystemsOptimierung der PfahlbemessungBessere Ausnutzung des Tragwiderstands

    Optimierung der Pfahlbemessung

    Bemessung nach Lang-Huder-Amann1. Reibungswinkel k, Raumgewicht k whlen2. Spitzenwiderstand berechnen

    Annahmen bzgl. des Forms der Scherzone (Meyerhof? Terzaghi? Brinch-Hansen? Andere?)

    unterschiedliche Werte fr Nc, Nq, Nyeffektive vertikale Spannung berechnenkombinierte Form- und Tiefenfaktor bestimmen

    Nicht umsonst angegeben mit X

    unabhngig von der Bauweise (bodenverdrngend vs. bohren)

    3. Mantelreibung berechnenStark abhngig von K

    Bei Bohrpfhlen geringer als bei Verdrngungspfhlen

    Erreicht maximal K0? => max. ca. 0.5 fr SandeUndrainierte Scherfestigkeit su?

    4. Sicherheitsphilosofie: Partialsicherheiten Bodenkennwerte gegenber SIA 267, Abschnitt 9.5.2

  • Optimierung der Pfahlbemessung

    Bemessung aufgrund CPTU1. Spitzenwiderstand kontinuierlich gemessen!

    Bei geschichtetem Baugrund: Scherzone aufskalieren

    2. Mantelreibung bestimmenKorrektur fr Pfahlmaterial (Reibungshlse der Messsonde aus Stahl)Korrektur undrainiert drainiert fr feinkrnigen Schichten

    3. Einfluss der Bauweise bercksichtigenBodenverdrngend / gebohrt, evt. Fussverbreiterung

    weiche Schicht

    harte Schicht

    8x Pfahldurchmesser

    Optimierung der Pfahlbemessungk'30

    35

    18

    37

    3618

    36

    32

    Lang-Huder-Amann CPTU-basiert

    Mantelreibung[kN/m2]

    Spitzenwiderstand[kN/m2]

  • Setzungsverhalten

    Mantelreibung und Fusswiderstand mssen bekannt seinMantelreibung mobilisiert bei kleinen Verschiebungen

    2-5 mm

    Max. Pfahlfusswiderstand braucht grosse Verschiebungenca. 10% vom Pfahldurchmesser oder mehr

    Mobilisierung der Widerstnde nicht-linearGruppeneffekte: erweiterte AnalyseNegative Mantelreibung: erweiterte Analyse

    Setzungsverhalten

    Pfahldurchmesser 0.4 m

    LHA: Mantel 921 kNmobilisiert bei 4 mm

    LHA: Spitze 1685 kNmobilisiert bei 40 mm

    0 400 800 1200 1600 2000

    Tragwiderstand [kN]

    axia

    le V

    ersc

    hieb

    ung

    [mm

    ] 10

    20

    30

    40

    50

    CPTU: Mantel 1132 kNCPTU: Spitze 905 kN

  • Bohrpfhle

    Einflsse auf dem TragwiderstandBohrmethodeVerwendung einer Sttzflssigkeitgewhlte Methode beim BetonierenWissen und die Erfahrung der BohrequipeBaugrundverhltnisse

    Abminderung des maximalen Pfahlfusswiderstands (0 ca. 60%)Abminderung der maximalen Mantelreibung (0 - ca. 50%)

    Stark abhngig vom Hersteller und der Herstellungsweise!

    Evt. statische Pfahlprfungen zur Korrelation

    Andere Anwendungen

    Bodenverflssigung whrend eines Erdbebens

  • Vielen Dankfr Ihre Aufmerksamkeit