DIPL OMAR BEIT - publik.tuwien.ac.at · Gemäß ÖNORM EN 14199 sind die Achsabstände der Mikropfähle in Abhängigkeit vom Pfahltyp, dem Pfahldurchmesser, der Pfahllänge, der Baugrundverhältnisse

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Inhaltsverzeichnis

Seite I

INHALTSVERZEICHNIS

1 MOTIVATION ...................................................................................................... 1

2 ALLGEMEINES ................................................................................................... 3

2.1 Definition der Mikropfhle ............................................................................. 3

2.2 Geschichte der Mikropfhle .......................................................................... 5

2.3 Pfahlherstellung ........................................................................................... 5

3 MIKROPFAHLTYPEN ......................................................................................... 9

3.1 Ortbeton-Mikropfhle .................................................................................. 10

3.2 Verbundpfahl .............................................................................................. 12

3.3 Andere Pfhle mit kleinem Durchmesser ................................................... 32

4 KNICKNACHWEISE AKTUELLE NORMENSITUATION ................................ 38

5 BEMESSUNG VON MIKROPFHLEN .............................................................. 41

6 GRUNDLAGEN DER KNICKLASTERMITTLUNG ............................................ 43

6.1 Seitendruck auf Pfhle ............................................................................... 43

6.3 Negative Mantelreibung ............................................................................. 51

7 MODELLE ZUR BERECHNUNG DER KRITISCHEN KNICKLAST VON

MIKROPFHLEN ..................................................................................................... 54

7.1 Berechnungsmodelle ohne Bercksichtigung einer seitlichen Sttzung ..... 55

7.2 Berechnungsmodelle mit elastischem Bettungsansatz fr die Sttzwirkung

des Bodens ........................................................................................................... 60

7.3 Berechnungsmodelle mit plastischem Bettungsansatz fr die Sttzwirkung

des Bodens ........................................................................................................... 72

7.4 Berechnungsmodelle mit elasto-plastischem Bettungsansatz fr die

Sttzwirkung des Bodens ...................................................................................... 79

7.5 Lsungsansatz zur Knicklastermittlung von Pfhlen mit allgemeinem Ansatz

der seitlichen Bettung fr die Sttzwirkung des Bodens [44] .............................. 110

7.6 Berechnung der Traglast mittels Fliegelenktheorie nach Theorie II.

Ordnung .............................................................................................................. 118

8 VERGLEICH DER BERECHNUNGSMETHODEN .......................................... 124

8.1 Allgemeines .............................................................................................. 124

Inhaltverzeichnis

Seite II

8.2 EDV-gesttzte Auswertung ...................................................................... 124

8.3 Untersuchung der einzelnen Berechnungsmodelle .................................. 126

8.4 Vergleich der Berechnungsmodelle .......................................................... 139

8.5 Fazit und Erkenntnisse aus den untersuchten Modellen .......................... 143

9 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 145

10 VERZEICHNISSE ........................................................................................ 147

10.1 Literaturverzeichnis .................................................................................. 147

10.2 Abbildungsverzeichnis .............................................................................. 153

ANHANG A ............................................................................................................. 158

Motivation

Seite 1

1 MOTIVATION

Pfahlgrndungen stellen eine wesentliche Grndungsform im Tiefbau dar. Die

Funktion der Pfhle ist es, Bauwerkslasten in axialer Richtung durch Bodenschichten

mit geringer Festigkeit in einen tragfhigen Untergrund zu abzuleiten.

Die Verwendung von Mikropfhlen findet in den letzten Jahren immer mehr an

Bedeutung. Sie stellen ein kostengnstiges und flexibles Grndungs- und

Nachgrndungselement dar. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie bei beengten

Platzverhltnissen hergestellt werden knnen und die Herstellung weitgehend lrm-

und erschtterungsarm erfolgt.

Bei Mikropfhlen handelt es sich im Wesentlichen um Pfhle mit Durchmessern < 30

cm, die aus einem Stahltragglied bestehen, welches als Rohr oder als Vollstab

ausgebildet werden kann und meist von Zementstein ummantelt ist.

Bei Pfhlen mit greren Durchmessern ist kann man erfahrungsgem von keinen

Stabilittsproblemen ausgehen. Es ist auch diesbezglich in keiner Norm ein

Nachweis gefordert.

Bei Mikropfhlen haben jedoch immer wieder Schadensflle aufgezeigt, dass diese

knickgefhrdet sind, vor allem wenn sie in weichen breiigen Bden hergestellt

werden.

Die einschlgigen Pfahlnormen fordern einen Knicksicherheitsnachweis bei

schlanken Pfhlen, wenn die Scherfestigkeit des umgebenden undrnierten weichen

Bodens cu 10 kN/m betrgt.

Es gibt jedoch mehrere Verffentlichungen, die die o.a. Festlegungen in den Normen

in Frage stellen. Nach deren Meinung wird die sttzende Wirkung des umgebenden

Bodens berschtzt, vor allem wenn es sich um weiche und bindige Bden handelt.

M

Seite 2

Ziel dieser Arbeit ist es, die Grundlagen fr die Durchfhrung eines

Stabilittsnachweises zu erlutern und die vorhandene aktuelle Normenlage zu

durchleuchten. Darauf aufbauend werden unterschiedlichen Berechnungsmodelle

vorgestellt, kritisch hinterfragt und verglichen.

Allgemeines

Seite 3

2 ALLGEMEINES

2.1 Definition der Mikropfhle

In den derzeit gltigen, deutschsprachigen Normen werden Pfhle aufgrund ihres

Durchmessers definiert und auch dadurch unterschieden.

Das erste Regelwerk, das sich speziell mit Pfhlen mit kleinen Durchmessern

beschftigte, war die DIN 4128 (Verpresspfhle (Ortbeton- und Verbundpfhle) mit

kleinem Durchmesser) [3]. Diese Norm galt als Grundlage fr die Planung und

Herstellung und zur Beurteilung der Tragfhigkeit von nicht vorgespannten

Verpresspfhlen mit Schaftdurchmessern kleiner als 300 mm bei kreisfrmigen

Schaftquerschnitten oder vergleichbaren hnlichen Querschnitten. Als

Mindestschaftdurchmesser wurde bei den Ortbetonpfhlen 150 mm und bei den

Verbundpfhlen 100 mm festgesetzt.

Pfhle mit Durchmessern < 300 mm behandeln insbesondere die NORM EN 14199 [51] und die DIN EN 12699 [52]. Diese beiden Normen unterscheiden sich

hinsichtlich des Pfahldurchmessers von der NORM EN 1536 [53], welche sich

ausschlielich mit Pfhlen mit einem Schaftdurchmesser 0,3 m D 3,0 m

beschftigt.

In der NORM EN 14199 Pfhle mit kleinen Durchmessern (Mikropfhle) wird der Begriff Mikropfahl zum ersten Mal in einer Norm folgendermaen definiert:

Pfhle mit einem kleinen Durchmesser (kleiner als 300 mm Schaftdurchmesser fr

gebohrte Pfhle und maximal 150 mm Schaftdurchmesser bzw. Querschnittsbreite

bei eingebrachten Pfhlen)

Dementsprechend gilt diese Norm fr

gebohrte Mikropfhle mit Schaftdurchmessern kleiner als 300 mm und

Allgemeines

Seite 4

eingebrachte Mikropfhle mit Schaftdurchmessern bzw. Querschnittsbreiten

kleiner als 150 mm

Gem. [51] sind Mikropfhle Tragglieder, mit deren Hilfe Krfte in den Baugrund

eingeleitet werden. Sie knnen Tragglieder beinhalten, um direkte oder indirekte

Lasten abzufhren bzw. um Verformungen zu begrenzen. Mantel- und

Fuwiderstand von Mikropfhlen knnen z.B. durch Verpressung erhht werden.

Die Pfhle knnen durch Bohren, Einbringen (Rammen, Pressen, Vibrieren usw.)

oder einer Kombination dieser Verfahren eingebracht werden.

Die in dieser Norm behandelten Pfhle knnen aus folgenden Materialen bestehen:

Stahl oder anderen Bewehrungsmaterialen

Zementmrtel, Verpressmrtel oder Beton

eine Kombination der oben genannten Stoffe

Die DIN EN 12699 beschftigt sich ausschlielich mit Verdrngungspfhlen und definiert diese wie folgt:

Verdrngungspfhle, die ohne Aushub oder Entfernen von Material aus dem Boden

- ausgenommen zur Begrenzung von Hebungen, Erschtterungen, zum Entfernen

von Hindernissen oder als Einbringhilfen eingebracht werden. [52]

Hinsichtlich des Pfahldurchmessers gilt diese Norm fr Pfhle mit einem

Durchmesser und einer maximalen Querschnittsabmessung von grer 150 mm.

Dabei werden die Pfhle durch Rammen, Einpressen, Eindrehen oder eine

Kombination dieser Verfahren in den Baugrund eingetrieben.

Pfhle, die dieser Norm entsprechen, knnen aus folgenden Materialen bestehen:

Stahl

Gusseisen

Beton, Mrtel

Verpressmrtel

eine Kombination der oben erwhnten Baustoffe

Allgemeines

Seite 5

2.2 Geschichte der Mikropfhle

Mikropfhle tauchten erstmals zu Beginn der 50er Jahren in Italien auf. Dort stellte

man sich die Frage, wie man Pfhle unter beengten Platzverhltnissen herstellen

kann, um Fundamente alter Bausubstanz sanieren zu knnen. Die berlegung

bestand darin, dass Pfhle (insbesondere GEWIs) mit der Technik des Ankereinbaus

leichter gefertigt werden knnten, als jene nach der blichen Methode der

Ortbetonpfhle. Man bediente sich hierbei der damals bereits existierenden

Ankerbohrgerte, mit denen es mglich war, Lcher mit geringem Durchmesser

herzustellen.

Die erste dokumentierte Entwicklung dieser Technologie geht auf den Bauingenieur

Dr. F. Lizzi zurck, der 1952 ein Patent fr Wurzelpfhle (palo radice) erworben hat.

Die erste Anwendung dieses neuen Verfahrens fand dann noch im selben Jahr bei

Unterfangungsarbeiten an einer Schule in Neapel statt. Dabei wurde in ein verrohrtes

Bohrloch mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Lnge von 13 m ein

Bewehrungsstab mit einem Durchmesser von 13 mm eingebaut. Das Bohrloch wurde

mit Pfahlbeton aus Wasser, Zement und gesiebtem Sand verfllt.

Einen entscheidenden Fortschritt in der Entwicklung der Mikropfhle gab es Mitte der

70er Jahre beim U-bahnbau in Deutschland, wo man gezwungen war Pfhle in

beengten Rumen abzuteufen.

1983 wurde die DIN 4128 Verpresspfhle (Ortbeton und Verbundpfhle) mit

kleinen Durchmessern eingefhrt. Jetzt war es den Ingenieuren mglich ihre

Planungen und Ausfhrungen aufgrund einer vorhandenen Norm durchzufhren.

Seit 2005 ist die neue NORM EN 14199 in Kraft. Diese versteht sich als Nachfolger

der DIN 4128. Im Gegensatz zur DIN 4128 wird hier nicht mehr von Verpresspfhlen

sondern von Mikropfhlen gesprochen.

2.3 Pfahlherstellung

Da die Herstellungsart fr Mikropfhle nicht genau definiert wurde, steht den am

Markt vertretenen Firmen die Mglichkeit zur Entwicklung eigenstndiger Systeme

offen. Aus allen Vorschriften ist jedoch zu entnehmen, dass vor einer Einfhrung

Allgemeines

Seite 6

eines neuen Pfahlsystems dessen Eignung durch eingehende Materialprfungen und

Probebelastungen nachzuweisen ist.

Die Herstellung des Hohlraums erfolgt bei Verpresspfhlen durch Bohr-, Ramm- oder

Rttelverfahren. Das Bohrgut kann mit Innen- oder Auensplung zu Tage gefrdert

werden. Das Lsen des Bodens allein im Splverfahren ohne Verrohrung ist

unzulssig. Der entstandene Hohlraum muss ber seine ganze Lnge den

planmigen Querschnitt besitzen. Die Art des Pfahltyps muss bei jeder Baustelle

auf die jeweilige Bodenart angepasst werden.

Bei Ortbetonpfhlen wird nach dem Herstellen des Bohrloches der Bewehrungskorb

eingefhrt und mit dem Betonieren begonnen. Die Verdichtung erfolgt dabei meist

durch Druckluft. Bei Verbundpfhlen wie z. B. dem GEWI-Pfahl wird das

Stahltragglied in das verrohrte Bohrloch gestellt, das entweder schon mit

Zementsuspension befllt ist oder nach dem Einbringen befllt wird. Bei anderen

Verbundpfahltypen (MESI-, Duktil- oder Ischebeckpfahl) wird das Tragglied in den

Baugrund gerammt oder gebohrt und anschlieend der umliegende Boden ber

dieses Tragglied mit einer Zementsuspension verpresst. Es entsteht dadurch eine

Zementsteinsule mit dem Stahlrohr im Zentrum.

Aus der Verzahnung von Boden und Beton ergibt sich, dass die Verpresspfhle ihre

Lasten praktisch nur ber Mantelreibung abtragen, es sei denn der Pfahl steht auf

einer besonders guten Bodenschicht (z.B. Fels) wodurch ein nennenswerter Anteil

der Traglast ber den Spitzendruck abgeleitet werden kann.

Gem NORM EN 14199 sind die Achsabstnde der Mikropfhle in Abhngigkeit

vom Pfahltyp, dem Pfahldurchmesser, der Pfahllnge, der Baugrundverhltnisse und

der Gruppenwirkung festzulegen. Die mgliche Beeinflussung eines Mikropfahls

durch andere sollte bei der Festlegung des Pfahlabstandes, deren Ausrichtung sowie

deren Herstellungs- bzw. Eindringmethode bercksichtigt werden.

Bei Verdrndungsmikropfhlen hat die Wahl des Einbringungsverfahrens unter

Bercksichtigung aller aus Baugrund, Grndung und Umgebung resultierender

Anforderungen zu erfolgen.

Alle fr die Pfahlherstellung verwendeten Baustoffe und Bauprodukte mssen den

Spezifikationen fr Mikropfahlarbeiten entsprechen.

Allgemeines

Seite 7

Stahlstbe zur Bewehrung von Mikropfhlen aus Beton mssen der EN 10080

entsprechen. Tragglieder aus Stahl haben den Bestimmungen der EN 10080 oder

ENpr10138-4 bei Einsatz von Stahlstben, den Normen EN 10210, EN 10219, EN

ISO 12960 bei Einsatz von Hohlquerschnitten bzw. der EN 10025 bei Einsatz warm

gewalzter Produkte zu entsprechen.

Die verwendeten Zemente zur Verpressmrtel, Zementmrtel und Beton haben der

EN 197-1 zu entsprechen.

Bei Verwendung von Verpressmrtel muss dieser eine einaxiale 28-Tage-

Druckfestigkeit von mindestens 25 MN/m aufweisen. Dabei darf der Wasser-

Zementwert, soweit nicht anderweitig spezifiziert, 0,55 nicht berschreiten.

Die minimale einaxiale 28-Tage-Druckfestigkeit Druckfestigkeit bei zum Einsatz

gelangenden Zementmrtel oder Ortbeton betrgt ebenfalls mindestens 28 MN/m.

Folgende Verfahren knnen zum Verpressen und Betonieren des Bohrlochs

eingesetzt werden:

Auffllen des Bohrlochs mit Verpressmrtel;

Verpressen:

-) Verpressen in einem Schritt durch eine temporre Verrohrung

-) Verpressung in einem Schritt durch das Tragglied

-) Verpressen whrend des Einbringens bzw. Bohrens

Verpressen in einem einzelnen oder in mehreren Schritten durch

Manschettenrohre, spezielle Ventilen oder Nachverpressrhrchen.

Dabei erfllt das Betonieren oder Verpressen eine oder mehrere der folgenden

Funktionen:

Schaffung bzw. Verbesserung des Verbunds zwischen dem Pfahlmantel und

dem ihn umgebenden Baugrund zur Mobilisierung des Mantelwiderstands;

Schutz der Bewehrung gegen Korrosion;

Erhhung der Tragfhigkeit des Mikropfahls;

Verstrkung und Versiegelung des unmittelbar an den Mikropfahl

anschlieenden Bodens zur Erhhung der Tragfhigkeit des Mikropfahls.

Allgemeines

Seite 8

Die Verpressarbeiten in der Krafteintragungslnge mssen unmittelbar nach dem

Fertigstellen des Hohlraums erfolgen. Die Einbringung des Verpressgutes ist von der

Sohle beginnend nach oben fortschreitend durchzufhren.

Das Verpressgut, das durch Pumpen ber Rohre, Schluche oder das Bohrgestnge

eingebracht wird, ist von der Sohle beginnend nach oben fortschreitend

einzubringen. Ihre Austrittsffnung muss beim Ziehen mindestens 3,0 m im

Verpressgut stecken.

Nach dem Erhrten des zuvor verpressten oder verfllten Zementmrtel erfolgt ein

ein- oder mehrmaliges Nachverpressen. Dabei wird ber die Verpresseinrichtungen,

die symmetrisch im Pfahlquerschnitt angebracht sind, mit Drcken von bis zu 60 bar

das Verpressgut in den erhrteten Zementstein eingepresst, der durch die hohen

Drcke an Stellen mit weichem, lockeren und grobkrnigen Boden ausgesprengt

wird. Diese Aussprengungen werden mit dem Nachverpressgut wieder vollstndig

verfllt.

Die Art, die Menge und angewendeter Druck des Verpressgutes sind dem Baugrund

und den rtlichen Verhltnissen anzupassen. Nachverpressungen werden im

Allgemeinen ber am Tragglied befestigte Schluche vorgenommen.

Pfhle, die bereits unter Last stehen, drfen nicht nachverpresst werden.

Herstellungsmerkmale

Seite 9

3 MIKROPFAHLTYPEN

Die ONORM EN 14199 unterscheidet Mikropfhle gem den beiden nachfolgenden

Tabellen nach den jeweiligen Herstellungs- bzw. Einbringungsverfahren in Gebohrte

Mikropfhle und Verdrngungsmikropfhle (Eingebrachte Mikropfhle).

Bohrverfahren Bewehrungstyp Verfll-/Verpress- verfahren

Verpressgut Optionen

Splbohrverfahren Schlagbohrverfahren

Bohrverfahren mit Greifer oder Meiel

Bewehrungskorb Verfllen, Betonieren Verpressmrtel, Zementmrtel oder Beton

Verrohrung

Verpressung durch dieVerrohrung

Verpress- oder Zementmrtel

Tragglied Verfllen, Betonieren Verpressmrtel, Zementmrtel oder Beton

Verrohrung

Verpressung durch: - die Verrohrung; - das Tragglied; - die Manschetten-

rhrchen.

Verpressmrtel

Nachverpressung durch:

- die Manschetten-

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- spezielle Ventile - Nachverpress-

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Verpressmrtel Fuverbreiterung

Verpressen whrend des Bohrens

Verpressmrtel Nachverpressung durch das Tragglied

Verbleibende Verrohrung (mit oder ohne Bewehrungs- korb)

Verfllen oder Betonieren

Verpressmrtel, Zementmrtel oder Beton

Fuverbreiterung

Bohren mit durchgehender Frderschnecke

Bewehrungskorb Tragglied

Verpressen oder Betonieren durch das Seelenrohr der Schnecke

Verpressmrtel, Zementmrtel oder Beton

Abbildung 1: Herstellungsverfahren fr gebohrte Mikropfhle [51]


Seite 10

Baustoff (Verrohrung)

Querschnitt I Bewehrung Optionen I Verpressung

A.2.1 Fertigpfahl bewehrter Beton Stahl oder Gusseisen

Vollquerschnitt Mantelverpressung Offene Rhre Mantelverpressung Rhre mit geschlossenem Ende Verfllung mit Verpressmrtel,

Zementmrtel oder Beton; mit oder ohne Mantelverpressung

Profile Mantelverpressung A.2.2 Ortbetonpfahl Temporre Verrohrung Bewehrungskorb Verfllen, Betonieren

Verpressung durch die Verrohrung Tragglied Verfllen, Betonieren:

Verpressen durch:

- die Verrohrung; - das Tragglied;

- Manschettenrhrchen;

Nachverpressung durch:

- Manschettenrhrchen; - besondere Ventile;

- Nachverpressrhrchen;

Verbleibende Verrohrung

Bewehrungskorb Betonieren, mit oder ohne Fuverbreiterung

Abbildung 2: Einbringungsverfahren fr Verdrngungsmikropfhle [51]

Einige in der Praxis verwendete Mikropfahlsysteme lassen sich jedoch nicht nach

den o.a. Kriterien unterscheiden, sondern knnen sowohl als gebohrte als auch als

eingebrachte Mikropfhle hergestellt werden.

Um eine bersichtliche Darstellung der einzelnen Systeme zu gewhrleisten, erfolgt

nachfolgend die Unterteilung gem der Vorgngernorm DIN 4128 Verpresspfhle.

3.1 Ortbeton-Mikropfhle

Ortbeton-Mikropfhle sind kleine Bohrpfhle, die in beliebigen Richtungen und

lngen hergestellt werden knnen. Sie entsprechen dem Prinzip dem Bohrpfahl nach

NORM EN 1536 [53] mit kleinem Durchmesser.

Dieser Pfahltyp weist eine durchgehende Bewehrung aus Lngsstahl auf. Diese

muss gem NORM EN 1993-1-1 [54] hergestellt werden. Er kann mit Beton oder

mit Zementmrtel hergestellt werden.


Seite 11

Charakteristisch ist die Anwendung von Druckluft zur Verdichtung des Betons und

als Ziehhilfe fr die Verrohrung. Je nach Verwendungszweck betrgt der

Schaftdurchmesser zwischen 150 mm und 300 mm. Die Betonberdeckung der

Bewehrung in Abhngigkeit vom Aggressivittsgrad des Bodens oder des

Grundwassers betrgt zwischen 20 und 50 mm.

Durch die innige Verbindung mit dem umliegenden Erdreich, ergeben sich Tragkrfte

von bis zu 600 kN [2] auf Druck und Zug, je nach Durchmesser, Bewehrungsgrad,

Bodenverhltnisse und der Einbindelnge in die tragfhigen Bodenschichen.

Die Herstellung erfolgt meist im Drehbohrverfahren. Bestehende Gebude erfahren

dabei keine Erschtterungen.

Ortbeton-Mikropfhle knnen in allen Bodenarten hergestellt und fr smtliche

Tiefgrndungs- und Verankerungsaufgaben bei Hoch- und Industriebauten, Brcken,

Sttzmauern, Baugrubenaussteifungen, usw. eingesetzt werden.

Die Herstellung von Ortbeton-Mikropfhlen folgendermaen:

1. Das Bohrrohr mit aufgeschraubter Bohrkrone wird durch Drehung mit hohem

Drehmoment und entsprechendem Anpressdruck von einer hydraulisch

angetriebenen Bohrmaschine niedergebracht (auch durch Stahlbeton und Fels).

Gleichzeitig wird das Bohrgut durch Splung gefrdert. Der Bohrmast weist dem

Bohrrohr die geforderte Lage und Richtung zu.

2. Nach Erreichen der vorgesehenen Grndungstiefe wird der Bewehrungskorb

eingesetzt und ein zementreicher Kontraktorbeton eingebracht.

3. Auf das Bohrrohr wird eine Abschluhaube aufgesetzt und whrend des Ziehens

desselben wird Druckluft zur Verdichtung des Betons eingepresst. Hierbei wird

der Frischbeton fest in den umgebenden Boden gedrckt.

4. Fertiggestellter Ortbetonpfahl

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Die Tragglieder aus Stahl sind auf ganzer Lnge gegen Korrosion zu schtzen [51].

Nachfolgend werden die nach DIN 4128 definierten und derzeit am meisten

verwendeten Verbundpfahlsysteme vorgestellt. Die Einteilung der Pfhle in Pfhle

mit GEWI-Tragglied, Rohrpfhle und Selbstbohrpfhle veranschaulicht die

verschiedenen Tragglieder und Herstellungsarten.

3.2.1 Pfhle mit GEWI-Traggliedern

Dieser GEWI-Pfahl basiert auf der Entwicklung der Firma DYWIDAG-Systems

International GmbH in den 70er Jahren. Der Gewindestabstahl (GEWI) besitzt

beidseitig aufgewalzte Gewinderippen, die ber die gesamte Lnge angeordnet sind.

Er wird hier stellvertretend fr Pfhle dieser Bauart behandelt. Andere Beispiele fr

Mikropfhle mit GEWI-Tragglieder sind der Mikropfahl System Stump oder der Bauer

Stabverpresspfahl.

Das System ist weit verbreitet und kann als Einstabpfahl oder als Mehrstabpfahl

verwendet werden.

Der Stahlkern ist von Zement-Verpressmrtel umhllt, der sowohl den

Korrosionsschutz als auch die Kraftbertragung in den Boden oder Fels bernimmt.

Fr das in sterreich zugelassene System dient ein Stahlkern der Sorte S 670/800

mit einem rechtgngigen Grobgewinde als Tragglied, das fr die Verbesserung der

Kraftbertragung und Verbundwirkung zwischen Stahlkern und Zementstein

verantwortlich ist.

Weitere Vorteile dieser Gewinderippen sind die Mglichkeit zum kraftschlssigen

Anschluss von Ankerstcken und Ankermuttern sowie das Koppeln einzelner

Gewindestbe mit Hilfe von Gewindemuffen.

GEWI-Pfahlsysteme werden als Einstab- und Mehrstabpfhle hergestellt.

Bei Einstabpfhlen besteht das Stahltragglied aus einem Betonstabstahl mit

Durchmesser 25, 28, 30, 35, 43, 57,5 und 63,5 mm. Bei Mehrstabpfhlen knnen bis

zu drei Stbe zusammengefasst werden sowie unterschiedliche Durchmesser

kombiniert werden.

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Stahlrohres innerhalb des Bohrloches zu achten, damit an allen Stellen, auch ber

den Muffen, eine ausreichende Zementberdeckung vorhanden ist.

Eine Verbesserung der Tragkraft durch Erhhung der Mantelreibung wird durch

Nachverpressen bewerkstelligt. ber eine Ringleitung, die in der

Krafteintragungsstrecke mit Verpressventilen oder Verpresslanzen bestckt ist, kann

ein oder mehrere Male nachverpresst werden. Die Grenzen der Kraftbertragung

werden nicht nur durch die erzielbare maximale Mantelreibung, sondern auch durch

die Kraftaufnahmefhigkeit des Bodens selbst bestimmt.

Die zulssige innere Tragkraft von GEWI-Einstab-Pfhlen und von GEWI-Mehrstab-

Pfhlen hngt vom Querschnitt des Traggliedes bzw. der Tragglieder ab. Sie reicht

von 329 kN (Druchmesser 25 mm) bis zu 2.122 kN (Durchmesser 63,5 mm). Bei

gnstigen Baugrundverhltnissen kann sie komplett ausgeschpft werden.

Die zulssige uere Tragfhigkeit ist von der Lnge der Krafteinleitungsstrecke und

von den umliegenden Bodenverhltnissen abhngig. Sie kann durch

Nachverpressen erheblich gesteigert werden.

Der erforderliche Korrosionsschutz wird bei GEWI-Pfhlen auf folgende 2 Arten

gewhrleistet:

Standard-Korrosionsschutz: Das Stahltragglied im Kern des Pfahles muss

mindestens von einer 25 mm Zementsteinschicht umgeben sein. Durch den

hohen pH-Wert des Zements passiviert der Standard-Korrosionsschutz die

Stahloberflche und wirkt bei Druckbelastung dauerhaft. Im Falle der

Zugbelastung entstehen kleine Haarrisse, die allerdings aufgrund der niedrigen

Dehnung des GEWI-Stahles begrenzt sind. Auerdem besitzt der Stab ein

optimales Verhltnis von Querschnitt zur Oberflche, was einen Korrosionsangriff

zustzlich erschwert.

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Bauwerkskrper oder setzungsempfindliche Bodenschichten hindurchzuleiten, ohne

diese zu beanspruchen. Ferner kann die Pfahlkraft durch das Vorspannen des

Stahlkerns (Gewindestab aus Druckspannstahl) in definierter Gre aktiviert werden,

um dadurch die elastische Stabverkrzung und die zur Mobilisierung der

Mantelreibung unvermeidlichen Setzungen vorwegzunehmen.

Bei unterschiedlichen Untergrundverhltnissen knnen durch dieses System

unterschiedliche Setzungen innerhalb des Bauwerks minimiert werden.

Mit dem Activpfahl erhlt man die Mglichkeit, Krfte durch das Bauwerk oder

setzungsempfindliche Schichten zu hindurchzuleiten, ohne dass diese dabei

beansprucht werden. Auerdem kann die Stahlkraft durch Vorspannen des

Stahlkerns in definierter Gre aktiviert werden. So kann die elastische

Stabverkrzung und die zur Mobilisierung der Mantelreibung unvermeidliche Setzung

vorweggenommen werden.

Ein zustzlicher Vorteil dieses Systems ist die Verhinderung einer Zusatzbelastung

des Pfahls durch eine mgliche negative Mantelreibung.

3.2.1.2 Soil-Jet-GEWI Pfahlsystem

Dieses Pfahlsystem basiert auf einer Kombination des Dsenstrahlverfahrens Soil-

Jet mit dem System GEWI-Pfahl und ist ebenfalls nach NORM EN 14199 zu

klassifizieren.

Der einfach oder doppelt korrosionsgeschtzte GEWI-Stab befindet sich in reinem

Zementstein und bildet mit dem umschlossenen, vermrtelten Bodenkrper ein

tragfhiges und verformungsarmes Verbundsystem.

Bei dem Verfahren wird mit einem Drehbohrgert mit durchgehendem langen HDI-

Gestnge ein Bohrloch hergestellt, wobei beim Abteufen durch die Hockdruckdsen

Zementsuspension in den Baugrund gedst und der Boden vermrtelt wird [19]. Es

entsteht dadurch ein homogener und kompakter Bodenkrper mit einem

Gesamtdurchmesser von ca. 300 mm [20]. Im Anschluss daran wird beim Ziehen des

Gestnges der verbliebene Bohrhohlraum mit Zementmrtel verpresst. Danach wird

das Stahltragglied zentrisch in die suspensionsgesttzte Bohrung eingestellt.

Die Gre und die genaue Abmessung des endgltigen Bohrpfahles sowie die

Festigkeit und Homogenitt des vermrtelten Bodenkrpers sind verfahrensbedingt

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Seite 20

Abbildung 7: Herstellung von Duktilpfhlen [17]

Zur flexiblen Lastabtragung sind duktile Gussrohre in zwei Auendurchmesser (118

mm und 170 mm) mit verschiedenen Wandstrken (5,0 mm bis 10,6 mm bzw. 7,0 bis

12,3 mm) lieferbar.

Allgemein gilt Gusseisen als sehr sprder, wenig schlagfester Werkstoff. Diese

nachteiligen Eigenschaften des Gusseisens konnten durch die Entwicklung von

duktilem Gusseisen entscheidend verbessert werden, sodass der Werkstoff der

hohen Schlagenergie einer Pfahlrammung einwandfrei standhlt.

Die Normlnge betrgt 5 m, doch sind auch krzere Elemente lieferbar. Die

einzelnen Rohrelemente werden im Zuge des fortschreitenden Rammvorganges

zusammengesetzt und bilden eine starre Verbindung, die dieselbe Festigkeit

aufweist wie das Rohr selbst.

Duktilpfhle knnen entweder vertikal oder geneigt bis zu 55 m Tiefe hergestellt

werden [11].

Die Rohre werden mittels eines pneumatisch oder hydraulisch betriebenen

Schnellschlaghammer eingerammt. Whrend des Rammvorganges ist die Muffe

mittels Schutzplatte abzudecken. Als Trger fr den Hydraulikhammer eignen sich

z.B. ein Bagger mit Ausleger oder ein Bagger mit Mkler.

Im Zuge des fortschreitenden Rammvorganges werden die Rohre zu den

erforderlichen Pfahllngen zusammengesteckt und jeder Pfahl passt sich dem

tatschlich anstehenden Grndungshorizont an. Die Pfahloberkante wird nach dem

Einrammen sofort mittels Trennscheibe oder Schneidbrenner abgeschnitten und das

restliche Rohrstck wird mit einer Spitze versehen und bildet den Anfang des

nchsten Pfahles. Somit wird gewhrleistet, dass alle Rohre in ihrer gesamten Lnge

verwendet werden.

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Seite 25

Der Einbau des Rohrpfahles erfolgt ber einen Schnellschlaghammer, der ein

erschtterungsarmes Rammen ermglicht. Von der Gertelafette gefhrt, kann der

Pfahltubus in jede beliebige Richtung in den Boden gerammt werden. Der Pfahlfuss

kann entweder mit einer Verschlusskappe oder alternativ mit einer verlorenen Spitze

versehen werden, wobei bei letzterem eine durchgehende Ummantelung des

Pfahlschaftes gewhrleistet ist.

Das Wesentliche an diesem System ist die Mglichkeit, dem Pfahlrohr durch

Verpressen von Zementmrtel in Einzelstufen einen optimalen Verbund mit dem

umliegenden Erdreich zu geben und so die Zug- oder Druckkrfte ber eine

maximale Mantelreibung in den Boden zu bringen. Der Abstand der Injektionsventile

in der Kraftbertragungsstrecke ist abhngig vom vorhandenen Baugrund und dem

geplanten Tragverhalten.

Eine Erhhung der Verbundwirkung wird durch die Verwendung einer verlorenen

Rammspitze, die eine Vergrerung des Durchmessers bewirkt, erreicht. Der

dadurch zustzlich geschaffene Ringraum zwischen Pfahl und Boden wird

kontinuierlich ber den Pfahlschuh mit Mrtel verfllt. Der so hergestellte Pfahl weist

einen durchgehenden Mrtelmantel von zumindest 20 mm Dicke auf.

Eine zustzliche Anwendung dieses Systems ist der MESI-Klimapfahl, der neben

seiner Funktion als Grndungselement zustzlich die Aufgabe eines Energiepfahles

bernimmt. Dazu wird in den Hohlraum des Pfahlrohres ein Leitungssystem von

HDPE Rohren eingebaut. Eine Wasser- Wrmepumpe sorgt fr die Umwandlung

der Erdwrme in Heizwrme.


Seite 26

3.2.3 Selbstbohrpfhle

Selbstbohrpfhle unterscheiden sich von anderen Verbundpfhlen dadurch, dass das

Stahlrohr neben seiner Funktion als Tragglied auch gleichzeitig als Bohrgestnge

benutzt wird. Zu diesen Vertretern zhlen vor allem der Ischebeck-Ankerpfahl TITAN

sowie der MAI Mikroinjektionspfahl.

3.2.3.1 Ischebeck-Ankerpfahl TITAN

Beim Ankerpfahl TITAN ist das Tragglied ein geripptes Stahlrohr, das gleichermaen

als verlorene Bohrstange, als Injektionsrohr und als bleibendes Stahltragglied

(Bewehrungsstab) dient (3 in 1). In weichen Bden und verwittertem Fels, in denen

das Bohrloch einfallen wrde, wird das Bohrrohr (casing) gespart durch Verwendung

von Sttzflssigkeit als Bohrsplung [14]. Die Einleitung der ueren Krfte in den

Baugrund im Wesentlichen ber Mantelreibung vom Bewehrungsstab ber einen

Zement-Verpresskrper.

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Seite 29

3.2.3.2 Der MAI Mikroinjektionspfahl

Bei diesem Pfahltyp handelt es sich ebenfalls um ein System, bei dem das Tragglied

als Bohrgestnge verwendet wird. Er wird von der Firma MAI International GmbH

hergestellt und ber die DSI vertrieben.

Abbildung 14: MAI Mikroinjektionspfahl [21]

Das Stahlrohr ist als Gewinderohr ausgebildet und wird in Durchmessern von 26 mm

bis 76 mm hergestellt. ber Kupplungsstcke ist es mglich, hnlich wie bei GEWI-

Pfhlen jede gewnschte Stablnge herzustellen.

Bei der Herstellung des Bohrloches wird das Bohrgut mit Wasser oder Luft

freigesplt. Danach erfolgt das Verfllen und Verpressen mit Zement oder


Seite 30

Ankermrtel. Der Freischnitt der verlorenen Bohrkrone sichert eine

Zementsteinberdeckung von mindestens 2,0 cm.

Die technischen Daten des Mai Mikroinjektionspfahles sind der folgenden Tabelle zu

entnehmen:

Technische Daten Einheit R25N R32N R32S R38N R51L R51N T76N T76S

Auendurchmesser mm 25 32 32 38 51 51 76 76

durchschnittl.

Innendurchmesser mm 14,0 18,5 15,0 19,0 36,0 33,0 51,0 45,0

Spannungsauen-

durchmesser mm 22,5 29,1 29,1 35,7 47,8 47,8 76 76

Spannungs-

querschnitt mm2 244 396 488 717 776 939 1835 2400

Burchlast kN 200 280 360 500 550 800 1600 1900

Strecklast kN 150 230 280 400 450 630 1200 1500

durchschnittl.

Zugfestigkeit N/mm2 805 720 740 700 690 840 880 790

durch. Festigkeit

der Streckgrenze N/mm 660 560 570 540 580 670 660 630

Gewicht kg 2,3 3,4 4,1 6,0 7,0 8,4 15,0 19,7

Gewindenorm ISO 10208 ISO 1720 MAI T76 *1

Stahlqualitt nach EN 10083-1

Lieferlngen 1m, 2m, 3m, 4m, 6m

*1...Werksnorm Bemerkung: Die Bruch- und Strecklastangaben sind garantierte Mindestlastgren. Die

Innendurchmesser und daraus resultierenden Festigkeitswerte sind rechnerisch ermittelte

Durchschnittswerte.


Seite 31

Abbildung 15: Technische Daten des MAI Mikroinjektionspfahles [21]

Andere Pfhle mit kleinem Durchmesser

Seite 32

3.3 Andere Pfhle mit kleinem Durchmesser

Nachfolgend noch Pfahlsysteme der Vollstndigkeit halber angefhrt, die zwar nicht

der NORM EN 14199 jedoch der DIN EN 12699 entsprechen und einen

Auendurchmesser von 30 cm aufweisen.

3.3.1 Der Presspfahl

Dieser Pfahltyp kommt insbesondere dort zum Einsatz, wo Nachgrndungen von

bestehenden Bauwerken aufgrund von Lasterhhungen, Setzungen oder

Beschdigung der vorhandenen Grndung erforderlich werden.

Der Presspfahl wird in Rohrschssen erschtterungsfrei in den Baugrund

eingepresst. Das erste Rohr ist unten wasserdicht mit einer Fuplatte verschlossen,

so dass der Boden vollstndig verdrngt wird. Eine Auflockerung des Bodens kann

somit ausgeschlossen werden. Die einzelnen Rohre werden ber Schweinhte

verbunden.

Die Rohre werden bis zu einer festgelegten Last in den Boden gepresst. Nach

Erreichen der Endtiefe werden die Rohre ausbetoniert und der Anschluss an das

Bauwerk hergestellt. Als Widerlager zur Abtragung der Pressendrcke werden

Gebudeteile genutzt. Die Verteilung der Lasten auf die Gebudeteile ist individuell

vorab statisch zu ermitteln. Die Lnge der einzelnen Rohrschsse kann an die

vorhandene Arbeitsraumhhe angepasst werden.

Alternativ knnen auch Stahlbetonfertigteile eingepresst werden.

Dieses Verfahren ist allerdings auf weiche, homogene Bden ohne natrliche oder

knstliche Einschlsse beschrnkt. Der Segment- oder Presspfahl ist ein Vertreter

dieses Verfahrens.

Er ist ein aus Abschnitten zusammengesetzter Pfahl, der mit einer Hydraulikanlage in

den Boden gepresst wird. Der erforderliche Gegendruck wird dabei meistens von

einem vorhandenen Gebude ber einen Ortbetondecke oder ber eine

Ballastanlage entnommen [15]. Es werden hierzu Anker in den Betonboden

einbetoniert und Aussparungen freigelassen, durch die die Pfhle eingepresst

werden. Sie bestehen aus kurzen Elementen aus korrosionsgeschtzten Stahlrohren

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Seite 33

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Seite 34

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Andere Pfhle mit kleinem Durchmesser

Seite 37

Die zylindrischen Pfahlsegmente werden im Werk vorgefertigt und auf die Baustelle

transportiert, wo sie dann mit einem Freifallhammer eingerammt werden. Durch eine

speziell entwickelte elastische Spezialrammehaube wird erreicht, dass mglichst

wenig Rammenergie verloren geht und so ein relativ erschtterungsfreies Arbeiten

mglich ist.

Das SV-Verschraubungssystem stellt eine wesentliche Verbesserung in Bezug auf

die vorher blichen Verbindungen dar, vor allem was Biegesteifigkeit, Zug- und

Momentenaufnahme, Korrosionsbestndigkeit und Zuverlssigkeit betrifft. Zur

Vermeidung von Korrosion kann die Schraubverbindung mittels einer Fettschicht und

eines Dichtungsringes von der Umgebung isoliert werden [18].

Im Gegensatz zu den Verbundpfhlen ist bei den Betonpfhlen eine Arbeitshhe von

mindestens 3 m erforderlich. Er kann bis zu einer Neigung von 6:1 eingebaut

werden.

Die technischen Daten und die Tragfhigkeitswerte des Betonpfahles Typ SV sind

Abbildung 20 zu entnehmen.

TECHNISCHE DATEN SV-PFAHL

Abmessungen 210 mm 280 mm

Lnge der Pfahlabschnitte 1,5 m 1,5m oder 2m

Betongte C35/45 C35/45

Bewehrungsstab: GEWI-Stab 20 mm 28 mm

Stahlsorte 500/550 500/550

Mindestvorspannkraft 350 Nm 500 Nm;

zul. Druckkraft 550 kN 950 kN

zul. Zugkraft 90 kN 180 kN

zul. Moment fr druckbelasteten Pfahl 7,5 kNm 16,5 kNm

Abbildung 20: Technische Daten und zulssigen Belastungen des SV-Pfahles [18]

KNICKNACHWEISE AKTUELLE NORMENSITUATION

Seite 38

4 KNICKNACHWEISE AKTUELLE NORMENSITUATION

Bei konventionellen Pfhlen mit greren Durchmessern kann erfahrungsgem bei

blichen Bedingungen ein Stabilittsversagen selbst bei breiigen, bindigen Bden mit

geringen Festigkeiten praktisch ausgeschlossen werden.

Situation in sterreich

Die EN 1997-1 [50] hlt diesbezglich unter Pkt. 7.8 fest, dass in der Regel kein

Knicknachweis zu fordern ist, wenn die Pfhle von Bden mit einer

charakteristischen Scherfestigkeit im undrnierten Zustand von cu > 10 kPa (= kN/m)

umschlossen sind. Schlanke Pfhle, die teilweise im Wasser oder in sehr weichen

Sedimenten grerer dicken stehen, mssen jedoch auf Knicken untersucht werden.

Die Bercksichtigung von Knicken von Pfhlen mit kleinen Durchmessern

(Mikropfhlen) wird in der NORM EN 14199 [51] behandelt. Gem Pkt. 7.11.2 ist

den Nachweis gegen Knicken unter Bercksichtigung mglicher Imperfektionen bei

Mikropfhlen zu fhren, die in einem Boden mit einer charakteristischen undrnierten

Scherfestigkeit von weniger als 10 kN/m2 hergestellt werden.

Die beiden o.a. Normen treffen jedoch keine Aussage darber, in welcher Form

dieser Knicknachweis gefhrt werden soll, d.h. vor allem ob unterhalb der genannten

Grenzen die undrainierte Scherfestigkeit als sttzende Wirkung anzusetzen ist.

Bei in sterreich durch das BMVIT zugelassenen Mikropfahlsystemen wird bezglich

der Belastungsprfungen und damit auch bzgl. des Stabilittsnachweises auf die EN

14199 verwiesen [55].

Situation in Deutschland

Die DIN 4128 [3] besagt nach Abschnitt 9.3, dass ein Knicksicherheitsnachweis bei

Verpresspfhlen mit kleinem Durchmesser fr einen seitlich nicht gesttzten Stab zu

fhren, wenn die Scherfestigkeit des undrainierten Bodens kleiner als 10 kN/m ist.


Seite 39

Die DIN 1054:2010-12-00 [31] hlt ergnzend zur EN 1997-1 fest, dass Knicken bei

Mikropfhlen auch bei jenen Bden auftreten kann, die mit einer Scherfestigkeit von

10uc kN/m charakterisiert sind. Diesbezglich wird hier auf die EA-Pfhle

Empfehlungen des Arbeitskreises Pfhle [60] verwiesen.

Darin wird seitens der Deutschen Gesellschaft fr Geotechnik (DGGT) bis zum

Vorliegen weiterer Erkenntnisse angegeben, dass jene Anstze zur Ermittlung des

Widerstandes von Pfhlen gegen Knickversagen verwendet werden drfen, die von

Vogt, Vogt und Kellner in der Fachzeitschrift Bautechnik unter dem Titel Knicken

von schlanken Pfhlen in weichen Bden [49] verffentlicht wurden. Auf dieses

Nachweisverfahren wird in Kapitel 7.4.4 der ggstl. Arbeit eingegangen. Alternativ darf

im Rahmen einer versuchsgesttzten Bemessung durch statische

Pfahlprobebelastungen die Tragfhigkeit eines stabilittsgefhrdeten Druckpfahles

nachgewiesen werden.

Fr in Deutschland durch das Deutsche Institut fr Bautechnik (DIBt) zugelassene

Pfahlsysteme gibt es verschiedene Anstze fr den Nachweis der Stabilitt.

Beim DSI Duktilrammpfahl muss der Stabilittsnachweis nach Theorie II. Ordnung

nach DIN 18800-5 ohne Ansatz einer seitlichen Sttzung gefhrt werden, wenn der

Pfahl teilweise frei, in organischen oder in bindigen Bden mit einer undrnierten

Scherfestigkeit von cu 15 kN/m steht. Dabei ist stets eine Imperfektion ev = L/150

zu bercksichtigen. Dabei ist L die freie, nicht gesttzte Lnge des Pfahles. Fr die

Ermittlung der Knicklast darf dabei fr die Biegesteifigkeit E*I nur der vom Gussrohr

umschlossene Beton bercksichtigt werden. [56]

hnlich verhlt es sich beispielsweise fr den vom DIBt zugelassenen Verbundpfahl

System Stump [34].

Bei den durch das DIBt zugelassenen SAS Mikropfhlen ist es sich allerdings so,

dass ein Knicksicherheitsnachweis schon dann zu fhren ist, wenn der Verpresspfahl

in Bden mit einer undrainierten Scherfestigkeit von cu 30 kN/m steht. Hier sind

allerdings 2 Flle zu unterscheiden:

Bei frei stehenden Pfhlen und bei einer undrnierten Scherfestigkeit cu 10 kN/m

ist der Nachweis der Knicksicherheit ohne Ansatz einer seitlichen Bettung unter

Bercksichtigung der Verformungen nach Theorie II. Ordnung gem. DIN 18800-2 zu

fhren.


Seite 40

Bewegt sich die undrnierte Scherfestigkeit im Bereich von 10 kN/m cu < 30kN/m

so darf fr den Knicksicherheitsnachweis eine elastische Linienbettung von kl = 60cu

und fr die maximale Kontaktspannung zwischen Zementstein und Boden gr = 6cu

angesetzt werden. Dabei ist zustzlich eine Vorverformung mit einem

Krmmungsradius von 200 mm zu bercksichtigen.

In beiden Fllen darf bei der Ermittlung der Biegesteifigkeit EI der Zementmrtel in

ummantelten Bereichen angesetzt werden, wobei ein mgliches Aufreien des

Zementsteins bis zur Querschnittsmitte zu bercksichtigen ist. [57]

BEMESSUNG VON MIKROPFHLEN

Seite 41

5 BEMESSUNG VON MIKROPFHLEN

Gem NORM EN 14199 sind folgende grundlegenden Normen fr Bemessung

und Entwurf von Mikropfhlen heranzuziehen:

bezglich der Grundlagen von Entwurf und Bemessung sowie der

Einwirkungen auf Tragwerk und Bauwerk: EN 1991-1

fr Entwurf und Bemessung von Betonpfhlen: EN 1992-3

fr Entwurf und Bemessung von Stahlbauteilen: EN 1993

fr Entwurf und Bemessung von Verbundbauteilen: EN 1994-1-1

fr Entwurf von vorgespannten Elementen: prEN 10138-4

fr die Ermittlung der Tragfhigkeit: EN 1997-1

Laut EN 1997-1 mssen folgende Grenzzustnde fr die Bemessung untersucht

werden:

Verlust der Gesamtstandsicherheit;

Grundbruch der Pfahlgrndung;

Aufschwimmen oder unzureichender Zugwiderstand der Pfahlgrndung;

Bodenversagen bei Querbelastung der Pfahlgrndung;

Inneres Versagen des Pfahles bei Druck, Zug, Biegung, Knicken oder Schub;

gemeinsames Versagen von Baugrund und Pfahlgrndung;

gemeinsames Versagen von Baugrund und Tragwerk;

bermige Setzungen;

bermige Hebungen;

bermige seitliche Bewegung;

unzulssige Schwingungen.

Gem DIN 4128 Verprepfhle (Ortbeton- und Verbundpfhle) mit kleinem

Durchmesser sind die wesentlichsten Nachweise fr Entwurf bzw. Bemessung vom

Mikropfhlen die uere Tragfhigkeit (Versagen des den Pfahl sttzenden

Baugrunds), die innere Tragfhigkeit (Versagen des Pfahlbaustoffe), die

Biegebeanspruchung, Standsicherheit und Verformungsverhalten des

BEMESSUNG VON MIKROPFHLEN

Seite 42

Gesamtsystems und die Knicksicherheit des Pfahles, auf welche in den

nachfolgenden Kapiteln genauer eingegangen wird.

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GRUNDLAGEN DER KNICKLASTERMITTLUNG

Seite 44

Konsolidationsverformungen, die durch den langsamen Abbau von

Porenwasserberdrcken gekennzeichnet sind (z.B. infolge von

Aufschttungen)

Kriechverformungen, die auch noch nach den Konsolidationsverformungen

auftreten knnen

6.1.2 Wechselwirkung Pfahl Boden

Gre und Verlauf der auf einen Pfahl wirkenden Seitendrcke hngen im

Allgemeinen sowohl von den Verschiebungen des Bodens als auch von der

Nachgiebigkeit des Pfahles ab.

Der Seitendruck aufgrund der Einwirkung durch waagerechte Bodenbewegungen

wird durch die folgenden zwei Flle begrenzt:

a) Charakteristischer Fliedruck: Hier umfliet der Boden den Pfahl. Die

Scherfestigkeit des weichen Bodens ist dabei voll ausgeschpft. Der auf die

Pfahllnge bezogene Druck wird mit pf,k bezeichnet [27].

b) Charakteristischer Resultierender Erddruck ek. Dieser errechnet sich aus der

Differenz des aktiven (lastzugewandte Seite) und des passiven (lastabgewandte

Seite) Erddrucks.

Der kleinere der beiden Werte ist fr die Bemessung der Pfhle magebend, wobei

die Beanspruchung aus der Fliedrucklast Pf,k und der resultierenden Erddrucklast

Ek jeweils ber die gesamte Einwirkungshhe zu bestimmen sind.

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Seite 47

Abbildung 23: Abhngigkeit des Anpassungsfaktors von Verbauverhltnis einer Pfahlgruppe nach WENZ [39]

6.1.3.2 Resultierender Erddruck e

Die resultierende Erddruckspannung errechnet sich aus der Differenz des aktiven

Erddrucks ea,k und des Erdwiderstandes ep,k zu

k a,k p,ke e e (2)

mit

fr den Anfangszustand bei Ansatz von cu,k (undrainierte Scherfestigkeit)

a,k k u,ke z p 2 c

fr den Endzustand bei Verwendung der effektiven Scherparameter fr den

Endzustand

a,k k agh k aghe ( z p ) K 2 c K

bei teilkonsolidierten Zustnden

a,k c k agh c k k aghe ( z U p ) K (1 U ) p 2 c K

Der Erdwiderstand ist bei allen Konsolidierungszustnden annhernd gleich und

errechnet sich zu

p,k pghe z K

kp Spannungen aus Auflast in kN/m

Uc Konsolidierungsgrad in den Weichschichten infolge kp

Konsolidierungsgrad mit Setzung zur Zeit t

Gesamtsetzung infolge Konsolidation

t..Konsolidierungszeit

Wichte der weichen bindigen Schicht in kN/m

Kagh Erddruckbeiwert fr den aktiven Erddruck

Kpgh Erddruckbeiwert fr den passiven Erddruck

1/c tU s s ts

1s


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Die anfallende horizontale Einwirkung auf den Einzelpfahl errechnet sich als

Linienlast quer zur Pfahlachse

e,k s kp b e [kN/m] (3)

Die Einflussbreite bs, mit der der resultierende Erddruck multipliziert wird, kann

folgendermaen bestimmt werden durch:

den mittleren Pfahlabstand quer zur Kraftrichtung

die dreifache Pfahlbreite as bzw. dem dreifachen Pfahldurchmesser Ds

Dicke der weichen Schicht

Gesamtbreite der Pfahlgruppe geteilt durch die Gesamtzahl n aller Pfhle

Hierbei ist wiederum der kleinste Wert mageblich.

Fr die Einzelpfhle von Pfahlgruppen mit Pfahlabstnden < s4 a bzw. < s4 D sollte

berprft werden, ob sich nach Gl. (4) gegenber Gl. (3) hhere Beanspruchungen

auf den Einzelpfahl ergeben, welche dann magebend sind.

s ke,k

G

B 3 a k ep

n

bzw. s k

e,kG

B 3 D k ep

n

[kN/m] (4)

mit

nG Pfahlanzahl fr die der angesetzte Beiwert k gilt

k Beiwert nach Abbildung 24

B Achsabstand der Randpfhle

as Pfahlbreite bei quadratischem Querschnitt senkrecht zur Flierichtung

Ds Pfahldurchmesser bei rundem Querschnitt senkrecht zur Flierichtung

Abbild

6.1.4 S

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DIPL OMAR BEIT - publik.tuwien.ac.at · Gemäß ÖNORM EN 14199 sind die Achsabstände der Mikropfähle in Abhängigkeit vom Pfahltyp, dem Pfahldurchmesser, der Pfahllänge, der Baugrundverhältnisse