35

− Geotechnische Kategorie GK 1:Pfahlgründungen sind i. d. R. nicht der Geotechnischen Kategorie GK 1zuzuordnen.

− Geotechnische Kategorie GK 2:a) Pfahlgründungen, bei denen die Ermittlung der Pfahlwiderstände ausErfahrungswerten, z. B. nach 5.4, erfolgt, wenn einfache Baugrund-randbedingungen vorliegen,

b) übliche zyklische, dynamische und stoßartige Einwirkungen nach 4.1 (1),c) Pfähle, die aktiv quer zur Pfahlachse, z. B. aus Bauwerkslasten, bean-sprucht werden,

d) Pfähle mit negativer Mantelreibung.− Geotechnische Kategorie GK 3:a) erhebliche zyklische, dynamische und stoßartige Einwirkungen nach4.1 (1) sowie Erdbebeneinwirkungen,

b) geneigte Zugpfähle mit einer Neigung flacher als 45°,c) Zugpfahlgruppen,d) verpresste Pfahlsysteme (Mikropfähle nach DIN EN 14199 und ver-presste Verdrängungspfähle nach DIN EN 12699) als Verankerungs-elemente,

e) Ermittlung der Pfahlwiderstände auf Zug,f) Beanspruchung quer zur Pfahlachse aus Seitendruck oder Setzungsbie-gung,

g) hoch ausgelastete Pfähle in Verbindung mit besonderen Anforderungenan die Gebrauchstauglichkeit,

h) Pfähle mit einer Mantel- und/oder Fußverpressung,i) kombinierte Pfahl-Plattengründung.

(7) Die Baugrunduntersuchungen müssen ausreichend tief sein, so dass alleBaugrundformationen und Schichtungen, die das Bauwerk und die Herstellungbeeinflussen, festgestellt und die Tragfähigkeits- und Verformungseigenschaf-ten des Baugrundes erkannt werden, siehe hierzu auch Handbuch EC 7-2 [45]und Bild 3.5. In Ergänzung zu den Vorgaben in Bild 3.5 aus Handbuch EC 7-2[45] sollten die Baugrunduntersuchungen mindestens in eine Tiefe unter Pfahl-fuß von za ≥ 4Db reichen, wenn die Pfahlwiderstände auf der Grundlagevon Erfahrungswerten nach 5.4 ermittelt werden.(8) Falls an einer sicheren Ausführung der Pfahlarbeiten Zweifel bestehen,sollten Probepfähle im Hinblick auf die Herstellung und Tragfähigkeit ausge-führt werden.(9) Bei der Festlegung des Umfangs der Baugrunduntersuchungen solltenwichtige Erkenntnisse, die bei der Ausführung von vergleichbaren Gründungs-arbeiten unter ähnlichen Verhältnissen und/oder in der Umgebung der Bau-stelle gewonnen wurden, berücksichtigt werden.(10) Eine Übertragung von Erfahrungswerten ist zulässig, wenn durch geeig-nete Untersuchungen, z. B. Sondierungen, Drehflügelversuche, Pressiometer-Versuche o. a., die Vergleichbarkeit nachgewiesen wird.

eschleidweSchreibmaschinentext

eschleidweSchreibmaschinentext

eschleidweSchreibmaschinentextSeite 36, Bild 3.5

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Bild 3.5 Mindesttiefen der Baugrunduntersuchung bei Pfahlgründungen, aus HandbuchEC 7-2 [45]; Hin ei wen für Druckpfahlgründungen die Pfahlwiderstände aufder Grundlage von Erfahrungswerten nach 5.4 ermittelt werden sollen, sollten die Bau-grunduntersuchungen mindestens in eine Tiefe unter Pfahlfuß von za ≥ 4Dbreichen

(11) Der Geotechnische Untersuchungs- bzw. Entwurfsbericht muss alle rele-vanten Angaben enthalten, die sich auf die Pfahltragfähigkeit, die Wahl desHerstellungsverfahrens und die Ausführung von Pfählen auswirken können.Dabei sind charakteristische Bodenkenngrößen bezogen auf die Pfahlgründungabzuleiten. Die Baugrundangaben und Kenngrößen beziehen sich nicht nur aufdie Pfahltragfähigkeit, sondern auch auf die Bohrbarkeit, Rammbarkeit usw.Wenn dies nicht einheitlich festzulegen ist, sind für die jeweilige Anwendungunterschiedliche Sätze von Kenngrößen anzugeben.(12) Neben den allgemeinen Angaben gemäß Handbuch EC 7-2 [45] hat derGeotechnische Untersuchungsbericht folgende Informationen zu enthalten, diefür Pfahlgründungen von besonderer Bedeutung sind:a) Die Geländehöhe aller Stellen, an denen Untersuchungen oder Versuchedurchgeführt wurden, bezogen auf Normal Null (NN) oder einen festgeleg-ten Bezug,

b) Vorkommen und Eigenschaften von lockerem oder weichem Bodenoder von Baugrund, der sich während des Aushubs oder des Einbringensvon Pfählen ungünstig verändern kann (Aufweichungen, Instabilitätenusw.),

c) Vorkommen von Boden- oder Gesteinsschichten, die zum Quellen neigen,

37

d) Vorkommen von grobkörnigen Böden mit offener Struktur (große Durch-lässigkeit, Hohlräume), die einen plötzlichen Verlust der Stützflüssigkeitoder ein plötzliches Absinken des Betons während des Einbringens verur-sachen können,

e) Vorkommen von Steinen oder Blöcken oder anderen natürlichen oderkünstlichen Hindernissen, die beim Aushub oder beim Einbringen Schwie-rigkeiten bereiten können oder besondere Verfahren oder Werkzeuge fürderen Durchörterung oder Beseitigung erfordern,

f) Dicke, Tiefenlage und geotechnische Kenngrößen aller Schichten, insbe-sondere der Tragschicht, in die die Pfähle einbinden,

g) Vorkommen, Ausdehnung und Dicke aller Schichten, die empfindlich aufWasser oder Beanspruchung durch die Pfahlherstellung (z. B. Stoß, Er-schütterung oder Schwingungen) reagieren können,

h) Grundwasserstände und deren Schwankungen einschließlich der Angabe zugespannten Grundwasserverhältnissen,

i) Baugrundschichten, in denen hohe Grundwasserfließgeschwindigkeitenherrschen,

j) Aggressivität von Grundwasser und/oder Baugrund, die die Beständigkeitoder die Eigenschaften der Pfahlbaustoffe, wie z. B. einer Stützflüssigkeit,des frischen oder erhärteten Betons usw., beeinträchtigen kann, siehe auchEN 206 und DIN 4030,

k) Tiefenlage, Streichen und Fallen aller Felsformationen,l) Dicke und Ausdehnung von verwittertem Gestein,m) Vorkommen, Art und Qualität von Gestein, besonders Festigkeit, gefüllteoder offene Klüfte/Fugen, Schwächezonen, Hohlräume, Erodierbarkeit,

n) Ausdehnung, Dicke und Art von kontaminierten Böden oder Abfällen, diedie Pfahleigenschaften sowie die Handhabung und Entsorgung des Aushu-bes beeinflussen oder zu einer Kontaminierung der darunter liegendenSchichten führen können,

o) Bergbau und mögliche bergbauliche Einflüsse,p) Standsicherheitsprobleme im Bereich der Baustelle.(13) Durch die Baugrunduntersuchungen ist ferner nachzuweisen, dass keineweiche Schicht unmittelbar unter einer als tragfähig eingestuften Schicht liegt,falls die Möglichkeit des Durchstanzens besteht.(14) Weiterhin sind die in Abhängigkeit von der Pfahlbauart geforderten spezi-fischen Untersuchungen gemäß DIN EN 1536 für Bohrpfähle, DIN EN 12699für Verdrängungspfähle und DIN EN 14199 für Mikropfähle zu beachten.(15) Der charakteristische axiale Pfahlwiderstand eines Einzelpfahls kann,wenn keine Pfahlprobebelastungen durchgeführt werden oder keine vergleich-baren Probebelastungen vorliegen, dann aus Erfahrungswerten nach 5.4 ermit-telt werden, wenn hierfür gesicherte Kenntnisse über den Baugrundaufbau, dieBaugrundschichtung, die Grundwasserverhältnisse und die Festigkeitseigen-schaften vorliegen. Erfahrungswerte für die charakteristischen axialen Pfahl-widerstände von Bohrpfählen, Verdrängungspfählen und verpressten Mikro-

40

sein können und ihre Gültigkeit durch den Sachverständigen für Geotechnikfür den konkreten Anwendungsfall bestätigt werden muss.

Es empfiehlt sich, die Scherfestigkeit des undränierten Bodens cu für die Er-mittlung von Pfahltragfähigkeiten bevorzugt auf der Grundlage von einaxialenDruckversuchen oder UU-Triaxialversuchen zu bestimmen.

Die Scherfestigkeit cu des undränierten Bodens kann in weichen Böden auchmit Hilfe von Flügelscherversuchen nach DIN 4094-4 bzw. pr DIN EN ISO22476-9 ermittelt werden. Dabei ist der maximal gemessene Scherwiderstanddes Bodens cf,max bei erstmaligem Abscheren mit den in der nachfolgendenTabelle 3.4 angegebenen Korrekturfaktoren zu reduzieren, um die undränierteScherfestigkeit des weichen, erstbelasteten Bodens zu erhalten:

cu = μ ⋅ cf,max (3.4)

Tabelle 3.4 Korrekturfaktoren μ für weiche, erstbelastete Böden

Plastizitätszahl IP [%] 0 30 60 90 120

Korrekturfaktoren μ [–] 1,0 0,8 0,68 0,60 0,55

Anmerkung: Hierzu siehe auch [26].

Für Pfahlgründungen im Festgestein (Fels) sind die üblichen Methoden derFelsklassifizierung anzuwenden, zu denen Merkmale wie Gesteinsdruckfestig-keit, Trennflächengefüge, Verwitterungsgrad, Entfestigungs- und Zersetzungs-status sowie Mineralogie und Textur zählen. Tabelle 3.5 liefert für Pfähle imFels in Anlehnung an DIN 1054:2005-01, 7.7.4 (3) und EN ISO 14689-1 grobeOrientierungswerte für den Zusammenhang zwischen üblichen Festigkeitsbe-zeichnungen für Fels und der Gesteinsdruckfestigkeit. Für Pfahlgründungen im Fels ist i. d. R. die Durchführung voneinaxialen Druckversuchen notwendig. Ergänzend – in Ausnahmefällen auchalternativ – können Punktlastversuche zur Abschätzung der einaxialen Druck-festigkeit ausgeführt werden.

Bei Pfahlgründungen in veränderlich festen Gesteinen (Halbfestgesteinen),kommt dem Merkmal „Verwitterungszustand“ besondere Bedeutung zu. Ver-witterung beschreibt die Zersetzung und Zerlegung von Festgesteinen durchexogene Einflüsse, im Wesentlichen durch physikalische und chemische Pro-zesse. Die Beschreibung des Verwitterungszustandes erfolgt nach visuell er-kennbaren Merkmalen. Für bautechnische Aufgabenstellungen hat sich eineEinteilung in Homogenbereiche gleicher Verwitterungsintensitäten bewährt.Das „Merkblatt über Felsgruppenbeschreibung für bautechnische Zwecke imStraßenbau“ [33], unterscheidet vier Homogenbereiche (Tabelle 3.6).

41

Tabelle 3.5 Grobe Orientierungswerte für den Zusammenhang zwischen Festigkeits-bezeichnung und einaxialer Druckfestigkeit für die Anwendung bei Pfahlgründungen

Bezeichnungder Festigkeit

Feldversuch, Beschreibung nachEN ISO 14689-1

EinaxialeDruckfestigkeitqu [MN/m²]

außerordentlichgering1)

mit Fingernagel leicht ritzbar weniger als 1

sehr gering mit Messer ritzbar, durch feste Aufschlägemit der Spitze des Geologenhammers zuzerbröckeln

1 bis 5

gering mit Messer nur schwer ritzbar, durch festeAufschläge mit der Spitze des Geologen-hammers schwach einkerbbar

5 bis 25

mäßig hoch mit Messer nicht mehr ritzbar, durch eineneinzigen festen Schlag mit dem Geologen-hammer zu zerbrechen

25 bis 50

hoch nur durch mehrere Schläge mit demGeologenhammer zu zerbrechen

50 bis 100

sehr hoch nur durch sehr viele Schläge mit demGeologenhammer zu zerbrechen

100 bis 250

außerordentlich hoch durch Schläge mit dem Geologenhammerlösen sich nur Splitter

mehr als 250

1) Manche sehr weiche Gesteine verhalten sich wie Boden und sollten daher auch alssolche beschrieben werden.

Tabelle 3.6 Verwitterungsgrade von Fels (nach [33])

Bezeichnung Merkmal Gestein Merkmal Gebirge

unverwittert(VU)

unverwittert, frisch, kein Verwitte-rungseinfluss erkennbar

keine verwitterungsbedingteAuflockerung an Trennflächen

angewittert(VA)

auf frischer Bruchfläche Verwitte-rung von einzelnen Mineralkörpernerkennbar, beginnende Mineral-umbildung und Verfärbung

teilweise Auflockerung anTrennflächen

entfestigt(VE)

durch Verwitterungsvorgänge ge-lockertes, jedoch noch im Verbandbefindliches Mineralgefüge, meistin Verbindung mit Mineralumbil-dung an Trennflächen

vollständige Auflockerung anTrennflächen

zersetzt(VZ)

noch im Gesteinsverband befind-liches, durch Mineralneubildungverändertes Gestein ohneFestgesteinseigenschaften

Kluftkörper ohne Festgesteins-eigenschaften

  

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37 

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60

Bild 4.4 Beispiele für die Ursachen von Seitendruck auf Pfähle; a) resultierend aus einerAufschüttung, b) resultierend aus einem Aushub, aus [59]

4.5.2 Notwendigkeit einer Pfahlbemessung auf Seitendruck

(1) Sofern bindige Böden, insbesondere normal- oder leicht überkonsolidiertmit weicher oder noch ungünstigerer Konsistenz, vorhanden sind, bei denenaufgrund der geometrischen oder belastungsbedingten Randbedingungen einSeitendruck auf die Pfähle nicht ausgeschlossen werden kann, müssen Unter-suchungen bezüglich zusätzlicher Einwirkungen aus Seitendruck nach 4.5.3bzw. 4.5.4 durchgeführt werden.

(2) Die Notwendigkeit einer Pfahlbemessung auf Seitendruck kann mit Hilfeeiner Geländebruchuntersuchung nach DIN 4084 unter Berücksichtigung derTeilsicherheitsbeiwerteHandbuch EC 7-1 [44] für die Bemessungssituation GEO-3 abgeschätzt werden. Im Einzelnen ist dabei wie folgt vorzugehen:

− Durchführung einer Geländebruchberechnung am “entkleideten System“,siehe Bild 4.5.

− Der die Stützkonstruktion belastende Bemessungserddruck Ed wird gemäßBild 4.5 stützend auf das System angesetzt, wobei eine eventuelle ver-änderliche Einwirkung zu vernachlässigen ist, da diese die Stützkraft er-höht.

− Die Berechnungen sind i. d. R. mit der Scherfestigkeit cu,d des undräniertenBodens für die Weichschichten durchzuführen.

Je nach Ausnutzungsgrad μ des Bemessungswiderstandes kann gemäß (3)abgeschätzt werden, ob die Verformungen in den Weichschichten Seiten-druckbeanspruchungen auf die Pfähle bewirken können.

(3) Werden die in Tabelle 4.1 zusammengestellten Grenzwerte für den Aus-nutzungsgrad μ eingehalten, darf eine Pfahlbemessung auf Seitendruck ent-sprechend (4) und (5) entfallen.

70

durch den die üblichen Einflüsse aus der Herstellung abgedeckt sind. Hierbeiist L die Pfahllänge vom Anschluss bis zur Unterkante der setzungsempfindli-chen Schicht. Zur Abdeckung der auftretenden Zusatzbeanspruchungen dürfennur 70 % der rechnerischen Tragfähigkeit angesetzt werden. Bei Berücksichti-gung einer abgeminderten Grenztragfähigkeit nach Gl. (4.13) erfolgt die Be-messung ausschließlich für die Normalkraft. Auch der Ankeranschluss mitallen Einzelbauteilen ist für die abgeminderte Grenztragfähigkeit zu bemessen.

E,d

R,d

σ0,70

σ£ (4.13)

Da bei einer Verschiebung quer zur Pfahlachse von 50 cm die elastische Deh-nung bereits überschritten ist, kann es sowohl im Pfahl-, wie auch im An-schlussbereich zu bleibenden Dehnungen kommen. Es wird daher empfohlendie Grenztragfähigkeit von Bauteilen geringer Duktilität (z. B. Schweißnähte)nach Gl. (4.14) auf 60 % abzumindern.

E,d

W,R,d

σ0,60

σ£ (4.14)

(4) Bei nachverpressten Mikropfählen wird die Dauerhaftigkeit durch denKorrosionsschutz des Stahlzuggliedes, im Normalfall der Verpresskörper,gewährleistet. Pfahlkrümmungen aus Baugrundverschiebung können daher zueiner Gefährdung der Dauerhaftigkeit führen. Erfahrungen im norddeutschenKaimauerbau haben gezeigt, dass die Durchbiegungen ein Maß von L/100 nichtüberschreiten sollten. Hierbei ist L die Pfahllänge vom Anschluss bis zur Un-terkante der setzungsempfindlichen Schicht. Bei Berücksichtigung einer ab-geminderten Grenztragfähigkeit nach Gl. (4.15) erfolgt die elastische Bemes-sung dann ausschließlich für die Normalkraft. Für die Stahlzugglieder vonVerbundpfählen kommen üblicherweise hochfestere Stähle zum Einsatz, beidenen elastische Dehnung und Bruchdehnung nah beieinander liegen. Ausdiesem Grund ist für den Nachweis dieses Rückverankerungssystems immerdas Nachweisverfahren „elastisch-elastisch“ anzuwenden. Auch der Ankeran-schluss mit allen Einzelbauteilen ist für die abgeminderte Grenztragfähigkeitzu bemessen. Die Ausbildung eines gelenkigen Anschlusses wird empfohlen.

E,d

R,d

σ0,85

σ£ (4.15)

(5) Kommen Stahlträger bei größeren Durchbiegungen zum Einsatz, sind imRahmen einer genaueren Bemessung alle Schnittgrößen aus den jeweiligenZusatzbeanspruchungen zu ermitteln. Hierbei können die plastischen Quer-schnitts- und Systemreserven herangezogen werden. Dabei ist die Streckgrenzezugrunde zu legen. Eine Stahldehnung von 5 %, bei einer üblichen Bruchdeh-nung von ca. 20–25 %, ist dabei nicht zu überschreiten. Es ist zu prüfen, dassdie genannten Bruchdehnungen auf den gewählten Stahl zutreffen.

80

Pfählen nur eine vergleichsweise geringe Bedeutung haben und bei der Pfahl-einbringung Rammberichte erstellt werden und wenn dieser Vorgehensweiseausdrücklich durch den Sachverständigen für Geotechnik zugestimmt wird.(5) Nach Handbuch EC 7-1 [44] ist bezüglich dynamischen Pfahlprobebelas-tungen bei Pfählen in bindigen Böden zunächst wie folgt zu verfahren:a) Bei Pfählen in kriechfähigen sowie bindigen Böden, die nicht wassergesät-tigt sind, sind die Ergebnisse von dynamischen Pfahlprobebelastungengrundsätzlich an statischen Pfahlprobebelastungen auf dem gleichen Bau-feld zu kalibrieren.

b) In wassergesättigten bindigen Böden können Porenwasserüberdrücke diegemessenen Tragfähigkeiten bei einer dynamischen Pfahlprobebelastungerhöhen. Dynamische Pfahlprobebelastungen dürfen daher nicht zur Er-mittlung der charakteristischen Pfahltragfähigkeit herangezogen werden,wenn der Pfahlfuß oder die maßgebliche Mantelreibung in derartigen Bö-den liegt.

c) Abweichend von den Regelungen in a) und b) dürfen bei bindigen Bödendann dynamische Pfahlprobebelastungen ausgeführt werden, wenn für de-ren Anwendung bei regional vorliegende Böden abgesicherte Erfahrungenvorliegen und die Anwendbarkeit für den vorgesehenen Anwendungsfallausdrücklich durch den Sachverständigen für Geotechnik bestätigt wird.

(6) Bei der Interpretation der Ergebnisse der dynamischen Pfahlprobebelas-tungen sollten neben statischen Versuchsergebnissen auch die Angaben nach5.4 aus Erfahrungswerten mit berücksichtigt werden, siehe (7).(7) Bei der Ableitung von charakteristischen Pfahlwiderständen aus dynami-schen Pfahlprobebelastungen sollten in der Regel folgende Schritte eingehalten werden:a) Das mit der dynamischen Pfahlprobebelastung beauftragte Prüfinstitutliefert nach 10.8 in einem Prüfbericht die Versuchs- bzw. MesswerteRc,m,i = Rc,stat differenziert nach (Rc,m)mitt und (Rc,m)min als Ergebnis der dy-namischen Pfahlprobebelastung.

b) Um Unsicherheiten bei den dynamischen Probebelastungsverfahren zuminimieren ist eine Plausibilitätskontrolle der Ergebnisse erforderlich. Da-für sind durch den Sachverständigen für Geotechnik bzw. den geotech-nischen Fachplaner der Mittelwert (Rc,m)mitt der Versuchswerte aus derdynamischen Pfahlprobebelastung mit den oberen Grenzwerten der Erfah-rungswerte für das Pfahlsystem nach 5.4 bzw. nach örtlichen Erfahrungenhinsichtlich Plausibilität zu vergleichen. Nach Durchführung der Plausibili-tätskontrolle ist durch den Sachverständigen für Geotechnik bzw. den geo-technischen Fachplaner der Mittelwert (Rc,m)mitt zu bestätigen oder zu mo-difizieren.

c) Danach wandelt der Sachverständige für Geotechnik bzw. geotechnischeFachplaner die Versuchswerte oder die modifizierten Werte nach a) und b)projektbezogen als Grundlage für die Standsicherheitsnachweise unter Be-

81

rücksichtigung der Vorgaben nach Handbuch EC 7-1 [44] sowie An-hang 4.2 in charakteristische Pfahlwiderstände Rc,k um.

d) Wenn im Rahmen der unter c) genannten Plausibilitätskontrolle der Ergeb-nisse der dynamischen Pfahlprobebelastungen signifikante Differenzen underhebliche Beurteilungsunsicherheiten vorliegen und besonders bei Rand-bedingungen nach Geotechnischer Kategorie GK 3, empfiehlt sich, dieVersuchswerte (Rohdaten) nochmals unabhängig prüfen bzw. auswerten zulassen, z. B. durch eine gesonderte Auswertung mit vollständiger Modell-bildung.

Die Vorgehensweise der Ableitung von charakteristischen Pfahlwiderständenaus dynamischen Pfahlprobebelastungen ist auch in Bild 5.1 dargestellt.

Bild 5.1 Bearbeitungsschritte zur Ermittlung von charakteristischen Pfahlwiderständenaus den Mess- bzw. Versuchswerten bei dynamischen Pfahlprobebelastungen

(8) Werden dynamische Pfahlprobebelastungen verwendet, bei denen alsErgebnis die Versuchs- bzw. Messwerte Rc,m,i als vollständige Widerstands-Setzungs-Linien vorliegen, so sind für die Ableitung der charakteristischenWSL im Gebrauchszustand die Angaben nach 5.2.3 und 6.4 zu beachten bzw.sinngemäß anzuwenden.

82

(9) Ein Beispiel zur Bestimmung der charakteristischen Pfahlwiderstände ausden Messwerten von dynamischen Probebelastungen enthält Anhang B2. DieAbleitung der statischen Messwerte Rc,m,i = Rc,stat des Pfahlwiderstandes ausden dynamischen Messungen finden sich in den Beispielen im Anhang C 1und C 2.(10) We rden auf einem Baufeld sowohl statische als auch dynamische Pfahl-probebelastungen ausgeführt, werden nach Handbuch EC 7-1 [44] zwei Fälleunterschieden:− Sind nach Anwendung der Streuungsfaktoren die charakteristischen Pfahl-widerstände allein aus der Auswertung der statischen Pfahlprobebelas-tungen größer als diejenigen aus der Auswertung der dynamischenPfahlprobebelastungen, dürfen die Ergebnisse allein der statischen Pfahl-probebelastungen verwendet werden.

− Ergibt die Auswertung allein der dynamischen Belastungsversuche nachAnwendung der Streuungsfaktoren größere Tragfähigkeiten, so dürfen beider Festlegung der charakteristischen Pfahlwiderstände Erhöhungen ge-genüber den Ergebnissen der statischen Pfahlprobebelastungen nur dannvorgenommen werden, wenn dies nachvollziehbar begründet ist. Dies istvom Sachverständigen für Geotechnik bzw. geotechnischen Fachplaner fürden vorgesehenen Anwendungsfall zu bestätigen.

5.4 Axiale Pfahlwiderstände aus Erfahrungswerten

5.4.1 Allgemeines

(1) In Handbuch EC 7-1 [44] wird die Möglichkeit eröffnet, neben der Be-stimmung der Pfahlwiderstände aus statischen und dynamischen Pfahlprobebe-lastungen nach 5.2 und 5.3, die axialen Pfahlwiderstände auch auf der Grund-lage von Erfahrungswerten abzuleiten.(2) Für die im Handbuch EC 7-1 [44], 7.6.2.3 unter der Überschrift „Grenz-wert des Druckwiderstandes aus Ergebnissen von Baugrundversuchen“ vor-handenen Verfahren sollte in Deutschland nur das Verfahren nach folgenderGl. (5.2) angewendet werden, s. a. Handbuch EC 7-1 [44], NDP Zu 7.6.2.3(5)P und NDP Zu 7.6.3.3 (4). Das Verfahren wird national als „Ermittlung deraxialen Pfahlwiderstände aus Erfahrungswerten“ bezeichnet und ist nachfol-gend behandelt. Dabei sind die „Baugrundversuche“ (Geotechnische Untersu-chungen) so vorzunehmen, dass eine sichere Einordnung der nachfolgend ausProbebelastungsergebnissen abgeleiteten charakteristischen Erfahrungswertefür den Pfahlspitzendruck qb,k und für die Pfahlmantelreibung qs,k möglich ist.Handbuch EC 7-1 [44] gibt dafür als Grundgleichungen an:

b ,k b b ,kR A q= ◊ (5.2a)

s ,k s ,i s ,i ,ki

R A q= ◊ (5.2b)

eschleidweSchreibmaschinentextSeite 85, Bild 5.3

89

ssg* die charakteristische Setzung bei der die Mobilisierung der Bruch-mantelreibung für den setzungsabhängigen charakteristischen Pfahl-mantelwiderstand beginnt,

ssg die Grenzsetzung für den setzungsabhängigen charakteristischenPfahlmantelwiderstand (ssg = sg).

Bild 5.5 Nennwerte der Pfahlfußflächen und der Pfahlmantelflächen von Stahlprofilpfählen

5.4.4.2 Erfahrungswerte von Pfahlspitzendruckund Pfahlmantelreibung von Fertigrammpfählen

(1) Die in Tabelle 5.1 bis Tabelle 5.4 angegebenen Erfahrungswerte vonPfahlspitzendruck und Pfahlmantelreibung unter Berücksichtigung von Ta-belle 5.5 gelten für

− vorgefertigte Stahlbeton- und Spannbeton-Rammpfähle von Deq = 0,25 bis0,50 m,

− geschlossene Stahlrohrpfähle mit einem Durchmesser bis 800 mm;− offene Stahlrohr- und Hohlkastenpfähle mit einem Durchmesser von 300bis 1600 mm,

− Stahlträgerprofilpfähle mit Flanschbreiten von 300 bis 500 mm und Profil-höhen von 290 bis500mm und

− Kastenpfähle,

die mindestens 2,50 m in eine tragfähige Schicht einbinden.

105

Bild 5.12 Elemente der charakteristischen Widerstands-Setzungs-Linie von Bohrpfählen

Dabei ist:

Db der Durchmesser des Pfahlfußes in m.

(4) Für die Setzung im Gebrauchszustand ist der Pfahlschaftdurchmesser Dsdie maßgebliche Bezugsgröße. Für die Setzung imGrenzzustand der Tragfähigkeit wird beiPfählen ohne Fußaufweitung der Pfahldurchmesser D (hier D = Ds = Db) alsBezugsgröße angesetzt, bei Pfählen mit Fußaufweitung ist der Pfahlfußdurch-messer Db die maßgebliche Bezugsgröße. Bei Schlitzwandelementen ist für Ddie Schlitzwanddicke anzusetzen.

(5) Für den charakteristischen Pfahlmantelwiderstand Rs,k(ssg) in MN gilt imBruchzustand eine Grenzsetzung:

[ ] ( ) [ ] [ ] [ ]sg s ,k sgs cm 0,5 R s MN 0,5 cm 3 cm= ◊ + £ (5.11)(6) Die charakteristische axiale Pfahlwiderstandskraft ist aus dem Ansatz

c ,k b,k s,k b,k b s,k,i s,ii

R (s) R (s) R (s) q A q A= + = ◊ + ◊ (5.12)zu ermitteln. Dabei ist:

Ab der Nennwert der Pfahlfußfläche,As,i der Nennwert der Pfahlmantelfläche in der Schicht i,qb,k der charakteristische Wert des Pfahlspitzendrucks abgeleitet nach Ta-

belle 5.12 und 5.14,qs,k,i der charakteristische Wert der Pfahlmantelreibung in der Schicht i

abgeleitet nach Tabelle 5.13 und 5.15,Rc,k(s) der setzungsabhängige charakteristische Druckpfahlwiderstand,Rb,k(s) der setzungsabhängige charakteristische Pfahlfußwiderstand,Rs,k(s) der setzungsabhängige charakteristische Pfahlmantelwiderstand,ssg die Grenzsetzung für den setzungsabhängigen charakteristischen

Pfahlmantelwiderstand.

118

Tabelle 5.26 Spannen der Erfahrungswerte für die charakteristische Pfahlmantelreibungqs,k für Verpressmörtelpfähle (VM-Pfähle) in nichtbindigen Böden

Mittlerer Spitzenwiderstand qcder Drucksonde [MN/m2]

Bruchwert qs,k der Pfahlmantelreibung [kN/m²]

7,5 105–135

15 180–230

≥ 25 225–275

Zwischenwerte dürfen geradlinig interpoliert werden.

Tabelle 5.27 Spannen der Erfahrungswerte für die charakteristische Pfahlmantelreibungqs,k für Verpressmörtelpfähle (VM-Pfähle) in bindigen Böden

Scherfestigkeit cu,k des undräniertenBodens [kN/m²]

Bruchwert qs,k der Pfahlmantelreibung[kN/m²]

60 40–50

150 80–90

≥ 250 95–105

Zwischenwerte dürfen geradlinig interpoliert werden.

(2) Als Umfang des Verpresskörpers ist der Umfang des Pfahlschuhs anzuset-zen.

(3) Bei Druckpfählen kann zusätzlich ein Pfahlspitzendruck wie für Fertig-rammpfähle angesetzt werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass

− die Mächtigkeit der tragfähigen Schicht unterhalb der Pfahlfußfläche nichtweniger als drei Pfahlfußdurchmesser, mindestens aber 1,50 m beträgt und

− in diesem Bereich qc ≥ 7,5 MN/m² nachgewiesen ist.

Unabhängig davon wird empfohlen, die Pfahlfüße in Bereiche mitqc ≥ 10 MN/m² abzusetzen.

(4) Der Rammfortschritt muss an die Leistungsfähigkeit der Silomischpumpeangepasst werden, damit der durch Bodenverdrängung entstandene Hohlraumsatt mit Mörtel verfüllt werden kann.

5.4.9.3 Erfahrungswerte der Pfahlmantelreibungvon Rüttelinjektionspfählen (RI-Pfähle)

(1) In Tabelle 5.28 sind Erfahrungswerte der Pfahlmantelreibung für denGrenzzustand der Tragfähigkeit in nichtbindigen Böden angegeben.

(2) Als Umfang des Verpresskörpers ist die umrissene Fläche des Pfahlschuhsanzusetzen.

(4) Wenn Erfahrungswerte nach 5.4.9 angewendet werden, sollte die rechnerische Länge der Verpresskörper bei Verpressmörtelpfählen (VM-,MV- oder RV-Pfähle) oder Rüttelinjektionspfählen auf maximal 15 m und bei Rohrverpresspfählen oder Mikropfählen maximal 12 m begrenzt werden, da dies dem bisherigen Erfahrungsbereich entspricht. Bei größeren Verpresskörperlängen sind Pfahlprobebelastungen durchzuführen bzw. in Abstimmung mit dem Sachverständigen für Geotechnik Abminderungen der charakteristischen Mantelreibung vorzunehmen.

5.5 Bohrpfähle mit Fußaufweitung

eschleidweSchreibmaschinentextSeite 122

128

kann, wenn die in (3) genannten Grenzwerte eingehalten werden. Bezüglichder Mikropfähle s. a. [149] und [106].

(5) Bei Pfählen in bindigen Böden mit einer mindestens steifen Konsistenzund in nichtbindigen Böden braucht i. d. R. kein Nachweis gegen Knickengeführt zu werden.

(6) Bis zum Vorliegen weiterer Erkenntnisse dürfen für die Pfähle, bei denenein Knicksicherheitsnachweis erforderlich ist, die Ansätze nach Anhang A5zur Ermittlung des Widerstandes von Pfählen gegen Knickversagen angewen-det werden. Alternativ darf auch im Rahmen einer versuchsgestützten Bemes-sung durch statische Pfahlprobebelastungen die Tragfähigkeit eines stabilitäts-gefährdeten Druckpfahles nachgewiesen werden, s. a. 5.10.1 (6).

(7) Bei Druckpfählen im freien Wasser ist stets die Möglichkeit des Knickensin Betracht zu ziehen. Zur vereinfachten Abschätzung der Knicklänge vonteilweise frei stehenden Pfählen aus Stahl finden sich in DIN EN 1993-5 An-gaben. Diese können im Allgemeinen auch auf teilweise frei stehende Pfähleaus Stahl- oder Spannbeton übertragen werden.

(8) Die Festlegung der maßgebenden Parameter, die zur Führung des Knicksi-cherheitsnachweises notwendig sind, hängen stark von Randbedingungen ab,die sich aus den Untergrundverhältnissen, der Pfahlherstellung sowie derTragwirkung des Pfahlsystems (Verbund Stahl, Zementstein, Boden) ergeben.Daher wird auf die Möglichkeit der versuchsgestützten Bemessung verwiesen,s. a. 5.10.1 (3), wenn die Ergebnisse der rechnerischen Nachweise den Erfah-rungen der Baupraxis widersprechen.

5.11 Numerische Berechnungen zur Tragfähigkeitvon Einzelpfählen

(1) Wie in 5.1 (4) ausgeführt, dürfen zur Ermittlung von Pfahlwiderständenauch numerische Verfahren angewendet werden, wenn die Berechnungsmodel-le an vergleichbaren Pfahlprobebelastungsergebnissen kalibriert worden sind.

(2) Es ist zu beachten, dass die wirklichkeitsnahe Modellierung der Pfahlher-stellung mit numerischen Verfahren i. d. R. schwierig und für bestimmtePfahlsysteme im Rahmen einer baupraktischen Anwendung nicht zutreffendmöglich ist, da mit der Pfahlherstellung die Bodeneigenschaften in der Pfahl-umgebung stark beeinflusst werden können. Am besten gelingt die numerischeBerechnung von Bohrpfählen.

(3) Hinweise zur Netzgenerierung und Modellierung finden sich z. B. in [146].

(4) Mit numerischen Verfahren ermittelte charakteristische Pfahlwiderständesollten anhand der Pfahlwiderstände aus Erfahrungswerten nach 5.4 auf Plau-sibilität überprüft und durch den Sachverständigen für Geotechnik für denkonkreten Anwendungsfall bestätigt werden.

230

(2) Bei Ortbetonpfählen sollten die Prüfungen frühestens nach ca. 7 Tagendurchgeführt werden, da dann die Hydratation des Pfahlbetons weit fort-geschritten ist. Je nach Bodenart ist mit einem Anwachseffekt zu rechnen. Diewesentlichen Störungen im Baugrund sind erfahrungsgemäß nach ca. 10 Tagenabgeklungen. Tests nach längeren Zeiträumen ergeben im Allgemeinen höherePfahlwiderstände. Je nach Betonart und erforderlicher Belastungsgröße sind7 bis 40 Tage eine übliche Zeitspanne.

(3) Bei Fertigbeton- und Ortbetonpfählen sollten die berechneten maximalenDruck- bzw. Zugspannungen im Pfahl beim Rammen und bei der Prüfung80 % der Betondruck- bzw. der Betonzugfestigkeit, ggf. unter Berücksichti-gung einer Vorspannung, nicht überschritten werden.

(4) Bei Stahlpfählen sollten die maximalen Spannungen im Pfahl beim Ram-men und bei der Prüfung 9 5% d er Streckgrenze des Stahls nicht überschreiten.

10.4.5 Dynamische Probebelastungennach dem High-Strain-Verfahren

10.4.5.1 Kurzbeschreibung

(1) Bei einer dynamischen Probebelastung nach dem High-Strain-Verfahrenwird ein Pfahl mit einem sehr kurzen Stoßimpuls belastet. Die Messung vonBeschleunigung und Dehnung am Pfahlkopf erlaubt durch direkte (CASE-bzw. TNO) und erweiterte Verfahren (CAPWAP bzw. TNOWAVE) eineAussage über die Tragfähigkeit des Pfahls.

10.4.5.2 Belastungseinrichtung

(1) Rammpfähle werden im Allgemeinen mit der vor Ort vorhandenenRammausrüstung getestet.

Anmerkungen:a) Da die Ramme meist nur für die Überwindung des Rammwiderstandeswährend des Einrammens ausgelegt ist, ist es möglich, dass sie die Pfähleaufgrund erhöhter Rammwiderstände nach dem Festwachsen nicht wiedermobilisieren kann. Ggf. ist zur Prüfung eine größere Ramme oder einegeeignete Freifalleinrichtung einzusetzen.

b) Schnellschlaghämmer sind für die Prüfung nicht geeignet, da sie einekontinuierliche Bewegung des Pfahles bewirken und keine Einzelschlägeausgewertet werden können.

(2) Zur Prüfung von Ortbetonpfählen kommen i. d. R. spezielle Belastungs-einrichtungen zum Einsatz. Ein Beispiel ist auf Bild 10.2 dargestellt. Siebestehen aus einem Freifallgewicht, einer Führungseinrichtung sowie der Auf-ständerung. Eine ausreichend große und standsichere Aufstellfläche ist vor-zusehen. Das Anheben des Freifallgewichtes erfordert ein externes Hebegerät,

  5/37  

Seite 128, Abs. (8), vorletzte Zeile: „… , s. a. 5.10.1 (3), wenn ...“ ändern in „… , s. a. 5.10.3 (6), wenn ...“

Seite 140, Abs. (4), Gleichung (8.3):

γηcot²l²l31LllnG ZbabaZkE,

(8.3)

ändern in

γηcot²l²l31LllnG ZbabaZkE,

(8.3)

Anmerkung: „“ in (8.3) nicht kursiv! Seite 140

Seite 143, Abs. (2), letzte Zeile: „… , und Verpresspfählen, siehe ...“ ändern in „… , und Mikropfählen, siehe ...“

Seite 150, Bild 8.7: vorhandene Bild 8.2 bis 8.11 gegen die nachfolgenden Abbildungen austauschen. (In Bild 8.7 a) und b) war in den Formeln für M der Bruchstrich zu kurz; ferner waren in den Nomogrammmen Bild 8.2 bis 8.11 die Dezimaltrennzeichen „Punkt“ (in Achsbeschriftung) und „Komma“ (Textfelder in Graphiken) gemischt. Wir haben das auf Komma harmonisiert)

143

mit:

sG mittlere Setzung einer Pfahlgruppe,sE Setzung eines vergleichbaren Einzelpfahls,Gs setzungsbezogener Gruppenfaktor für die mittlere Setzung einer Pfahl-

gruppe.

(2) Der setzungsbezogene Gruppenfaktor Gs für die Ermittlung der mittlerenSetzung einer Pfahlgruppe unter einer zentrisch angreifenden vertikalen Ge-samteinwirkung ergibt sich zu:

s 1 2 3G S S S= ◊ ◊ (8.5)

mit:

S1 Einflussfaktor Bodenart, Gruppengeometrie (Pfahllänge L, Pfahleinbin-detiefe in den tragfähigen Boden d, Pfahlachsabstand a nach Bild 8.2 undBild 8.3.

S2 Einflussfaktor Gruppengröße nach Bild 8.4, Bild 8.5 und Bild 8.6.S3 Einflussfaktor Pfahlart (für die Gruppenwirkung bei Verdrängungspfäh-

len und Mikropfählen, siehe 8.2.1.4 und 8.2.1.5).

(3) Die Nomogramme nach Bild 8.2 bis Bild 8.6 zur Bestimmung der set-zungsbezogenen Gruppenwirkung werden für bindige und nichtbindige Bödenunterschieden. Der Steifemodul, als für dieses Verfahren wesentlicher Boden-

Bild 8.2 Nomogramme zur Bestimmung der mittleren Setzung einer Bohrpfahlgruppebei a) bindigen Böden, bindig (I) für Es = 5–15 MN/m

2 b) bindigen Böden, bindig (II) fürEs = 15–30 MN/m

2

S 150, Bilder 8.2 bis 8.11 austauschen

198

chend groß zu wählen, sodass aus den Ergebnissen die tatsächlich zu erwar-tenden Verformungen im späteren Gebrauchszustand errechnet werden kön-nen. (5) Unter zyklischen Querbelastungen nehmen die Pfahlkopfverschieb-ungen mit der Anzahl der Lastwiederholungen zu. Diese Verschiebungen stre-ben bei Boden-Pfahlsystemen, bei denen keine Porenwasserdruckakkumulationauftritt, einem Endwert zu. Zur Ableitung einer Gesetzmäßigkeit zwischen denakkumulierten Pfahlverschiebungen und der Anzahl der Lastwiederholungenist erforderlich, den Probepfahl mit einer ausreichenden Anzahl an Lastwieder

holungen zu belasten (siehe Berechnungen und Beispiele in Anhang D).

9.3.4 Belastungseinrichtung

(1) Die Belastung ist zentrisch angreifend aufzubringen. Nach Möglichkeitsollten zwei benachbarte Pfähle gegeneinander belastet werden, damit aufbesondere Widerlager zur Aufnahme der Reaktionskräfte verzichtet werdenkann, siehe Bild 9.15 und [130].

Bild 9.15 Verschiedene Belastungsvorrichtungen für Pfahlprobebelastungen quer zurPfahlachse, nach [130]

(2) Die Prüflast sollte stets mit Hydraulikzylindern aufgebracht werden. Imhydraulischen System sollte eine Vorrichtung zur automatischen Lastkonstant-haltung eingebaut sein.

(3) Sollen die Pfähle mit einem Zugglied aufeinander zu bewegt werden, mussihr Achsabstand mindestens 6 · D betragen; sollen sie auseinander gedrücktwerden, mindestens 2 · D. Im zweiten Fall muss ein Ausknicken des Druck-gliedes verhindert werden.

208

(9) Wenn bei Pfählen mit verkürzter Krafteintragungslänge der Bruch einge-treten ist, darf bei Verlängerung der Krafteintragungslänge nicht auf einedirekt proportionale Zunahme des Herausziehwiderstandes geschlossen wer-den. Wegen der Eigendehnung des Traggliedes wird der Zuwachs unterpropor-tional sein.

9.4.2.2 Anzahl der Probepfähle

(1) Bei Mikropfählen sind nach DIN 1054:2010-12 Probebelastungen

a) an mindestens 3 % der vorgesehenen Anzahl der Pfähle,b) mindestens aber an n ≥ 2 Pfählen durchzuführen.

9.4.2.3 Prüflast

(1) Die Prüflast bei Probebelastungen ist in der Regel so hoch zu wählen, dassder Grenzzustand der Tragfähigkeit (Nachweisverfahren GEO-2) erreicht wer-den kann und damit das Kriterium des Kriechverhaltens erfüllt ist:

Rc,m bzw. Rt,m= R(ks) (9.10)wobei ks (siehe Bild 9.3) ein im Einzelfall vorzugebendes Kriechmaß ist, mitdem die zeitabhängige Verschiebung des Pfahlkopfes unter konstanter Pfahl-belastung definiert wird.

Anmerkung: Das Kriechmaß ks für die Bestimmung der Pfahlwiderstände imGrenzzustand der Tragfähigkeit liegt häufig in der Größenord-nung von ks ≈ 2 mm, ist aber in Abstimmung mit dem Sachver-ständigen für Geotechnik festzulegen.

(2) Bei einer Abschätzung der Prüflast mit Hilfe von Erfahrungswerten (sieheKapitel 5.4) sollte berücksichtigt werden, dass selbst bei Ansatz der 50 %Quantilwerte bei der Hälfte aller Probebelastungen ein über den Erfahrungs-werten liegender Widerstand zu erwarten ist. Es ist daher empfehlenswert, eineentsprechend größere Prüflast zu wählen.

(3) Wird die Probebelastung nur zum Nachweis des angesetzten charakteris-tischen Pfahlwiderstandes durchgeführt, sind nach Handbuch EC 7-1 [44],7.5.2.1 A (5) mindestens folgende Prüflasten zu wählen:

für Druck: Pp= Fc,d · γt · ξ1 (9.11)für Zug: Pp= Ft,d · γs,t · ξ1 · ηM (9.12)

mit

Fc,d: Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung auf Druck,Ft,d: Bemessungswert der Pfahlbeanspruchung auf Zug,γt: Teilsicherheitsbeiwert für den Gesamtwiderstand eines Pfahls nach An-

hang A3.2,γs,t: Teilsicherheitsbeiwert für den Zugpfahlwiderstand nach Anhang A3.2,

216

(6) Nach Erreichen der höchsten Laststufe jedes Zyklus ist eine Zwischenentlastungeinzuschalten. Dabei sollten die Ablesungen in gleichen Zeitintervallen erfolgen;das Abklingen der Bewegungen braucht jedoch nur bei völliger Entlastung oderEntlastung bis zur Vorlast abgewartet werden. Für die Wiederbelastung bis zumErreichen der Laststufe vor der Entlastung und die Weiterbelastung sind die gleichenMindestbeobachtungszeiten wie bei der Entlastung einzuhalten (Bild 9.25).(7) Während der Dauer einer Laststufe ist dafür zu sorgen, dass die Last kon-stant gehalten wird. Dies sollte durch eine elektrische oder hydraulische Last-konstanthaltung erfolgen. Sollte diese nicht zur Verfügung stehen, kann dasKonstanthalten der Last auch durch Nachpumpen von Hand oder manuelleSteuerung der hydraulischen Pumpe erreicht werden.

Bild 9.25 Empfohlene Belastungsstufen für das System B

9.4.5.4 Messintervalle

(1) Während einer Laststufe sind die axialen Verschiebungen am Pfahlkopfmindestens nach folgenden Beobachtungszeiten aufzuzeichnen: 0, 2, 5, 10, 20,40, 60, 80, 100 min usw. nach Erreichen der jeweiligen Belastung.(2) Die Wahl der Intervalle trägt der Auftragung der Verschiebungen im halb-logarithmischen Maßstab sowie der Ermittlung des Kriechmaßes ks Rechnung.Anmerkung: Sofern nach Abklingen der Verschiebungen lange Beobach-

tungszeiten vorgesehen sind (z. B. über Nacht), sind Ablesungenund Lastkorrekturen in mehrstündigen Intervallen ausreichend.

(3) Für die Kontrollmessungen der Pfahlverschiebungen und des Referenzsys-tems sowie für die nicht automatische Registrierung der Längenänderungenentlang der Pfahlachse sollte zuvor das Abklingen der Bewegungen am Pfahl-kopf abgewartet werden. Bei automatischer Registrierung und Speicherung der

223Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“ – EA Pfähle, 2. Auflage.Herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V.© 2012 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2012 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

10 Dynamische Pfahlprobebelastungen

10.1 Allgemeines

(1) Wie in 5.3 ausgeführt dürfen nach Handbuch EC 7-1 [44] die axialenDruckpfahlwiderstände unter bestimmten Voraussetzungen auch allein auf derGrundlage von dynamischen Pfahlprobebelastungen ermittelt werden. Nebenden dynamischen Pfahlprobebelastungen sind in Handbuch EC 7-1 [44] auchStoßversuche aufgeführt.

(2) Unter dynamischen Pfahlprobebelastungen werden Messverfahren mitzeitabhängiger Messung von Kraft und Bewegung am Pfahlkopf währendeines Stoßimpulses (< 1 s) verstanden. Als dynamische Pfahlprobebelastungenim Sinne dieser Empfehlung werden Verfahren bezeichnet, bei denen dieBelastung durch Abbremsen einer Masse (Stoß) oder Beschleunigung einerMasse auf den Pfahlkopf aufgebracht und bei denen der statische Widerstandaus der Auswertung der Messungen der Pfahlkopfbewegungen ermittelt wird.

(3) Das Ergebnis einer dynamischen Pfahlprobebelastung ist der Versuchs-bzw. Messwert des Pfahlwiderstandes im Grenzzustand der Tragfähigkeit Rc,m,i(ULS) und, je nach Verfahren, auch die Widerstands-Setzungs-Linie.

(4) Dynamische Probebelastungen und Stoßversuche können an allen Artenvon Pfählen durchgeführt werden. Die verschiedenen Verfahren wurden zu-nächst für die Prüfung von Fertig-Rammpfählen entwickelt und in der Folgedurch verbesserte Messtechniken, Modellbildungen und Berechnungsverfahrenverfeinert. Gegenüber statischen Probebelastungen benötigen dynamischeProbebelastungen weniger Zeit und meist weniger Aufwand hinsichtlich desVersuchsaufbaus, sodass oft mehrere Pfähle an einem Tag geprüft werdenkönnen. Für Pfähle in Küsten- oder Offshorebereichen sind sie verschiedent-lich die einzigen Verfahren zur Prüfung oder Bestätigung des angenommenenTragverhaltens, da statische Probebelastungen aufgrund des sehr hohen techni-schen Aufwandes als kaum ausführbar einzustufen sind.

(5) Zur Anwendung von Stoßversuchen werden Berechnungsverfahren einge-setzt, die durch die Anwendung einfacher oder verbesserter Rammformeln denaxialen Pfahlwiderstand aus den Aufzeichnungen während der Rammungerrechnen. Hierbei gehen empirische Werte für Boden-, Ramm- und Pfahlsys-tem ein. Des Weiteren wird das Wellengleichungsverfahren zur Auswertungvon Stoßversuchen benutzt.

(6) Nach Handbuch EC 7-1 [44] sollte die Anwendung von Rammformeln nurin Ausnahmefällen Anwendung finden, da mit der dynamischen Pfahlprobe-belastung eine genauere Methode zur Bestimmung des Pfahlwiderstandes beigeringem Mehraufwand zur Verfügung steht. Die unter dem Begriff Stoßver-suche zusammengefassten Verfahren werden in dieser Empfehlung daher nichtweiter behandelt.

225

räumlich in das Kontinuum übertragen wird. Bei diesem Prozess wird dieeingetragene mechanische Energie in das Kontinuum abgestrahlt und dabei inandere Energieformen umgewandelt. Generell wird die eingetragene mechani-sche Energie eines Stoßimpulses halbkugelförmig abgestrahlt. Infolge dergroßen Steifigkeits- und Dichteunterschiede zwischen dem Baugrund und demPfahlmaterial verbleibt der wesentliche Teil der eingetragenen Welle im Pfahl,sodass näherungsweise eine eindimensionale Wellenausbreitung unterstelltwerden kann.

(2) Die Reduktion der Pfahldynamik auf ein einfaches eindimensionales Wel-lenausbreitungsproblem erlaubt für einen freien ungedämpften Pfahl analyti-sche und für einen im Baugrund eingebetteten Pfahl numerische Lösungen derzugrunde liegenden partiellen Differentialgleichung. Generell wird die Ab-nahme der Schwingungsamplituden der eingetragenen und am Pfahlfuß reflek-tierten Wellen für die Beurteilung der in den Baugrund abgestrahlten Energieund damit die Bodenwiderstände genutzt, um die Tragfähigkeit des Pfahles zuermitteln. Eine ausführliche Darstellung der theoretischen Grundlagen sowiedie Definitionen der grundlegenden physikalischen Größen ist [138] zu ent-nehmen.

(3) Am Kopf des Pfahles werden hierzu mechanische Größen, wie zum Bei-spiel Dehnungen und Beschleunigungen, messtechnisch erfasst, siehe 10.4.5.3,und in Geschwindigkeiten, Verschiebungen und Kräfte umgerechnet, die denBerechnungen der Tragfähigkeit zugrunde liegen.

(4) Aus der gemessenen Dehnung ε(t) wird die Kraft F(t) nach Gl. (10.1)bestimmt.

F(t) = ε(t) · Edyn · A (10.1)

mit

Edyn Elastizitätsmodul im Messquerschnitt,A Querschnittsfläche im Messquerschnitt.

(5) Aus der gemessenen Beschleunigung a(t) wird durch Integration die Ge-schwindigkeit und durch nochmalige Integration die Verschiebung am Pfahl-kopf bestimmt.

(6) Die in den Pfahl eingeleitete Energie E(t) ergibt sich als Zeitintegral überdie Kraft und Geschwindigkeit nach Gl. (10.2).

E(t) = F( t ) v( t ) dt◊Ú (10.2)(7) Der Stoß durchläuft den Pfahl als mechanische Druckwelle. Infolge vonSteifigkeits- und Dichteunterschieden wird die Welle am Pfahlfuß reflektiert.Im Allgemeinen ist die Steifigkeit des Pfahlfußauflagers geringer als dasPfahlmaterial, sodass die Welle als Zugwelle zum Pfahlkopf zurückkehrt.

228

(5) Zur Ermittlung der Versuchs- bzw. Messwerte der Pfahlwiderstände soll-ten die Verfahren mit vollständiger Modellbildung nach (3) bevorzugt ver-wendet werden.

(6) Die Verfahren mit vollständiger Modellbildung erlauben die Aufteilungdes gemessenen Pfahlwiderstandes in Mantelreibung und Spitzendruck. EinePlausibilitätsprüfung mit dem Baugrundmodell ist damit möglich. Die Aus-wertung umfasst eine rechnerische Widerstands-Setzungslinie, die aber keinezeitabhängigen Setzungsanteile beinhaltet. Aufgrund der Komplexität derModellbildung und des damit verbundenen Zeitaufwandes sind Auswertungenvor Ort im Allgemeinen nicht möglich.

(7) Infolge der relativ kleinen Wellenlänge können durch die Reflexion amPfahlfuß Zugspannungen im Pfahl entstehen. Unbewehrte Pfähle oder pfahl-artige Gründungsstrukturen können hierdurch geschädigt werden. Die Einhal-tung der zulässigen Spannungen des Pfahlmaterials ist ggf. nachzuweisen,siehe 10.2 (9).

(8) Für die Auswertungen vor Ort stehen die direkten Verfahren zur Ver-fügung.

(9) Die direkten Verfahren basieren auf Dämpfungsfaktoren, die in Abhängig-keit von der Bodenart einzuschätzen oder an statischen Probebelastungen zukalibrieren sind. Letzteres führt zu verbesserten Aussagen zum Pfahlwider-stand. Für die Auswertungen werden ein homogenes Pfahlmaterial und einkonstanter Querschnitt unterstellt. Die Belastungseinrichtungen erforderneinen vergleichsweise geringen Aufwand. Bei Rammpfählen kann im Allge-meinen die vorhandene Rammeinrichtung verwendet werden, bei Ortbeton-pfählen und Bohrpfählen ist eine Belastungseinrichtung mit einem Frei-fallgewicht üblich. Mit dem CASE- und dem TNO-Verfahren könnenrammbegleitende Messungen und Auswertungen durchgeführt werden.

(10) Das den direkten Verfahren zugeordnete Rapid-Load-Verfahren wirdebenfalls zur Ermittlung der Versuchs- bzw Messwerte der Pfahlwiderständeverwendet. Es erlaubt keine Aufteilung des Pfahlwiderstandes in Mantel-reibung und Spitzendruck. Die Auswertung umfasst eine rechnerische Wider-stands-Setzungslinie, die direkt vor Ort berechnet wird. Aufgrund der spe-ziellen Belastungseinrichtung ist die Verfügbarkeit im Vorfeld zu klären.Infolge der relativ langen Wellenlänge und der daraus resultierenden Über-lagerung der Wellenanteile können Zugspannungen überdrückt werden [138].Das Verfahren eignet sich damit auch für unbewehrte Pfähle oder pfahlartigeGründungsstrukturen.

10.4.2 Anzahl der Probebelastungen

(1) Die Anzahl der dynamischen Pfahlprobebelastungen ist unter Berücksich-tigung der im Handbuch EC 7-1 [44] und Anhang A4.2 vorgegebenen Min-destanzahl von 2 Probebelastungen je Pfahltyp und Baugrundhomogenbereich

229

projekt- und baugrundbezogen vom Fachplaner bzw. Sachverständigen fürGeotechnik festzulegen. Mit zunehmender Anzahl von Probebelastungen er-höht sich die Aussagegenauigkeit der Ergebnisse, was auch bei der Umwand-lung der Versuchs- bzw. Messwerte in charakteristische Pfahlwiderständedurch niedrigere Streuungsfaktoren ξ honoriert wird, siehe Anhang A4.2.

10.4.3 Baugrunduntersuchungen undPfahlherstellungsdokumentation

(1) Die Baugrunduntersuchungen für Pfahlgründungen sind nach HandbuchEC 7-2 [44] und 3.2 durchzuführen. Dabei sind im Baufeld Homogenbereichemit vergleichbarer Schichtung und bodenmechanischen Eigenschaften zubilden. Die dynamischen Pfahltests sind an Pfählen an solchen Stellen durchzu-führen, die indem Baufeld einen Homogenbereich charakterisieren.

(2) Für die Auswertung der dynamischen Pfahltests sollten die Ergebnisse vonRamm- oder Drucksondierungen sowie die in den Pfahlherstellungsprotokollenje nach Pfahlart enthaltenen Angaben zur Rammung, zum Betonverbrauch, zuWiderständen, zu Absetztiefen, usw. mit hinzugezogen werden.

10.4.4 Zeitpunkt der Prüfung und innere Tragfähigkeit

(1) Je nach Zeitpunkt der Prüfung ergeben sich bei Verdrängungspfählen(Fertigpfählen) folgende Unterschiede:

a) Rammbegleitende Prüfungen werden durchgeführt, um die Veränderungder Eindringwiderstände über die Tiefe zu ermitteln. Die am Ende derRammung ermittelten Pfahlwiderstände stellen nur einen momentanen#Wert dar. Ein Festwachseffekt der auch eine Entspannung im Pfahl-fußbereich ist bei Fertigpfählen nur durch Nachrammung nachweisbar.

b) Prüfungen kurz nach dem Einbringvorgang werden durchgeführt, um diePfahltragfähigkeit am Ende der Rammung festzustellen, wozu zumeistdirekte Verfahren (CASE, TNO) verwendet werden. Ein Festwachseffektoder auch eine Entspannung im Pfahlfußbereich ist ggf. nachweisbar,sofern eine Standzeit von einigen Stunden abgewartet wird und ramm-begleitende Tests durchgeführt wurden.

c) Prüfungen nach abgeschlossenem Herstellungsprozess und längerer Stand-zeit werden zur Ermittlung der Pfahltragfähigkeit bevorzugt empfohlen, dadann die infolge des Herstellungsprozesses in den Baugrund eingetragenenStörungen weitgehend abgeklungen sind. Der ermittelte Pfahlwiderstand istdamit realitätsnäher. Ein Festwachseffekt oder auch eine Entspannung imPfahlfußbereich ist bei Fertigrammpfählen nachweisbar, wenn rammbeglei-tende Prüfungen gemäß a) oder Prüfungen direkt nach dem Einbring-vorgang gemäß b) ausgeführt wurden. Infolge einer möglichen Erhöhungder Pfahlwiderstände muss die Rammenergie ggf. entsprechend erhöhtwerden.

231

z. B. einen Mobilkran oder einen Seilbagger. Die erforderliche Masse desGewichtes mFG errechnet sich überschläglich zu:

PP = (0,01 bis 0,02) · Rc,m (10.7)mit

PP Gewichtskraft der Fallmasse,Rc,m Pfahlwiderstand als Versuchs- bzwMesswert,

und mit

mFG = PP / g (10.8)mit

g Erdbeschleunigung.

Bild 10.2 Belastungseinrichtung für OrtbetonpfähleAnmerkung: Da hier der Pfahl vom Gelände 2,5 m nach oben aufbetoniert wurde, ist dieBelastungseinrichtung auf eine Unterlage aufgestellt, um ausreichende Fallhöhe zugewährleisten.

10.4.5.3 Instrumentierung

(1) Infolge von Imperfektionen bei der Einleitung der Gewichtskraft der Fall-masse kann je nach Aufbau des Rammgerätes, speziell des Futters und derRammhaube, erst in einem Abstand von ca. dem 1,0 bis 1,5-fachen des Pfahl-

  32/37  

Seite 232/233, Bilder 10.3 und 10.4: vorhandene Bilder 10.3 und 10.4 gegen die nachfolgende Fassung austauschen) (Bildbeschriftung „d“ wurde in „D“ geändert

Bild 10.3 Bild 10.4

> 1,

5 a

> 1,

5 D

> 1,

5 a

> 1,

5 a

> 1,

5 a

JZ

275

Bild 11.2 Beispiel einer Konstruktion zur Prüfung eines geneigten verpressten Mikro-pfahls

(6) Ist zum Prüfungszeitpunkt noch keine Anschlusskonstruktion im Pfahl-kopfbereich vorhanden, können alternativ auch die Nachbarpfähle als Reakti-onspfähle über Traversen angeschlossen werden.

(7) Als Prüfkraft wird empfohlen die 1,25-fache charakteristische EinwirkungFk auf den Pfahl aufzubringen, maximal allerdings 90 % der inneren Pfahltrag-fähigkeit (95% der Stahlstreckgrenze).

(8) Sofern die Prüfkraft nach (7) nicht eindeutig nachgewiesen werden kann,sollte an dem betreffenden Pfahl eine Pfahlprobebelastung nach Kapitel 9durchgeführt werden.

(9) Durch die Prüfung an Bauwerkspfählen nach (1) bis (8) wird festgestellt,ob eine vergleichbare Qualität wie bei den Probebelastungspfählen erreichtwurde. Die Prüfung ist kein Nachweis der Grenztragfähigkeit.

285

nest, Rissbildung). Häufig ergibt sich aus den Besonderheiten einer Baustelleund dem Vergleich mit anderen Pfählen eine Erklärung (z. B. Grundwasser-strömung, Schichtwechsel, Betonierpause, Einbauten im Boden). Falls einesolche Erklärung nicht gefunden werden kann, ist die Feststellung, worauf dieImpedanzminderung zurückzuführen ist und ob möglicherweise ein Mangelvorliegt, gegebenenfalls zeitaufwändig und kostenintensiv und erfordert zer-störende Prüfverfahren (Kernbohrung oder Freilegen).

(3) Die Wellengeschwindigkeit c als Bewertungskriterium ist aus der plan-mäßigen Länge LPlan für eine deutliche Fußreflexion zu ermitteln:

c = Plangemessen

2 LT◊

(12.1a)

mit:

LPlan planmäßige Länge des Pfahles,Tgemessen Zeit, nach der die reflektierte Welle den Pfahlkopf erreicht.

(4) Für einfache, eindimensionale Kompressionswellen (auch: „Stabwellen“)gilt

c = dynE

[m/s]r

(12.1b)

mit

Edyn Elastizitätsmodul des Pfahlmaterials in kN/m2,ρ Dichte des Pfahlmaterials in t/m3.

Für ausführliche Diskussionen zu Einflüssen auf die Wellengeschwindigkeitvon Ortbeton- und Fertigbeton-Pfählen wird auf [113] und [127] verwiesen.

(5) Die Wellengeschwindigkeit ist somit abhängig von der Abbindezeit undder Betongüte. Zusätzlich zu diesen Materialparametern kann sie durch andereEffekte beeinflusst werden (z B. Verhältnis Wellenlänge/Durchmesser, Boden-einspannung, Risse, Änderungen der Wellencharakteristik durch Reflexionen,planmäßige Einschlüsse von Bodenmaterial z. B. bei Atlaspfählen).

(6) Für Pfähle mit den üblicherweise eingesetzten Betonsorten und -festig-keiten und Prüfung nach 7 Tagen liegt die Wellengeschwindigkeit c üblicher-weise zwischen 3.500 m/s und 4.000 m/s. Gibt es größere Abweichungen imAlter der geprüften Pfähle, sollte eine Zunahme der Wellengeschwindigkeitmit der Standzeit zu erkennen sein.

(7) Liegt die Wellengeschwindigkeit unter 3.500 m/s, sollte überprüft werden,ob die Pfähle länger hergestellt wurden als planmäßig, der Pfahlkopf nochnicht auf die planmäßige Höhe abgetragen war oder ob es Anzeichen für ver-minderte Betonqualität gibt.

286

(8) Liegt die Wellengeschwindigkeit oberhalb von 4.000 m/s, sollte überprüftwerden, ob der Pfahlkopf unter die planmäßige Höhe abgetragen war, ob esAnzeichen für erhöhte Betonqualität gibt oder ob die Pfähle kürzer als plan-mäßig sein können. Diese Abweichungen sollten im Messbericht kommentiertwerden.

(9) Bei der Prüfung von Pfählen größerer Durchmesser, bei denen der Abstandzwischen Hammerschlag und Sensor größer wird als 20 cm, ist die Zeit vomKontakt des Hammers bis zum Triggern des Sensors zu berücksichtigen. Diesekann mehrere 10-tel Millisekunden betragen. Die aus 12.1. errechnete Wellen-geschwindigkeit kann dann zu groß sein, weil die Laufzeit als zu kurz be-stimmt wurde.

(10) Die vorgenannten Grenzen für die Wellengeschwindigkeit sollten mög-lichst immer durch die Bildung einer baustellenbezogenen Statistik (Mittel-wert, Größt- und Kleinstwert) überprüft werden, siehe Bild 12.4.

(11) Die Auswertung nach den oben genannten Kriterien setzt voraus, dass dietatsächliche Länge des Pfahls der Länge nach Plan entspricht. Dies kann je-doch nicht immer vorausgesetzt werden, z. B. bei Zweifeln an der Ausführungoder Bestandsbauten ohne verlässliche Unterlagen. Dann ist nach Gl. (12.1a)eine Laufzeitabweichung sowohl durch Längenabweichungen als auch durchSchwankungen der Wellengeschwindigkeit erklärbar. In solchen Fällen mussmit einer abgeschätzten Wellengeschwindigkeit (Fehlergrenze in der Längedann um 10 %) gearbeitet werden oder es muss eine Kalibrierung anhand vonZusatzinformationen oder mit ergänzenden Messverfahren, siehe 12.5, durch-geführt werden.

Bild 12.4 Streuung der Wellengeschwindigkeit

291

Integrität bewertet werden. Je nach Pfahldurchmesser und Anzahl der Mess-rohre, ihrer Überdeckung und ihrem Durchmesser, sind dies zwischen 50 %und 70 % des Querschnitts. Die Ausführung der Ultraschall-Integritätsprüfungist damit insbesondere für Großbohrpfähle mit Durchmessern ab etwa 90 cmgeeignet.

(9) Der außerhalb der durch die Messrohre aufgespannten Fläche liegendeTeil des Pfahles geht nicht in die Bewertung ein. So können Fehlstellen, dieggf. mit der „Low-Strain“-Integritätsprüfung erkannt werden, z. B. Einschnü-rungen im äußeren Pfahlbereich, mit der Ultraschall-Integritätsprüfung unterUmständen nicht erkannt werden.

(10) Mit der Ultraschall-Integritätsprüfung werden bestimmte Fehlstellen-ausprägungen, z. B. vertikale Risse, Fehlstellen nahe dem Pfahlkopfbereichoder im Pfahlfußbereich, besser als mit der Hammerschlag-Methode er-kannt.

(11) Das Erkennen der Ausdehnung einer Fehlstelle in Längsrichtung ist vonder Abtastung abhängig (üblicherweise alle 5 cm) und deswegen genauer alsbei der Hammerschlagmethode.

(12) Anders als bei der „Low-Strain“-Integritätsprüfung besteht bei der Ultra-schall-Integritätsprüfung keine Einschränkung hinsichtlich der Pfahllänge.

12.3.3 Durchführung der Messung

(1) Zur Übertragung des Ultraschallsignals vom Sender in den Beton müssendie Messrohre mit Wasser gefüllt sein. Es werden nur longitudinale Wellendurch das Wasser und die Wandung der Messrohre in den umgebenden Betonübertragen.

(2) Sender und Empfänger werden gleichmäßig zum Messrohrende herabge-lassen. Die Tiefe wird dabei kontinuierlich über Messrollen aufgezeichnet. DieUltraschallsignale des Senders laufen durch den Pfahlbeton und werden, vomEmpfänger verstärkt, grafisch dargestellt und gespeichert. In Bild 12.5 sind derMessaufbau und -ablauf dargestellt.

(3) Bild 12.6 zeigt Messergebnisse – auf der linken Bildhälfte für einen in-takten Pfahl mit einer Länge von 7 m und auf der rechten Bildhälfte für einen32 m langen Pfahl mit einem Defekt zwischen 27 m und 29 m Tiefe. Die An-kunftszeiten der Ultraschallwelle werden zusammen mit der Energie des emp-fangenen Signals vom Messgerät errechnet und für jede Messrichtung als Li-nien über die Tiefe aufgetragen, siehe Bild 12.6 jeweils linker Bildteil.Zusätzlich wird der jeweilige Zeitverlauf des empfangenen Signals auf demrechten Bildteil ebenfalls für jeden Messquerschnitt über die Tiefe dargestellt.Zur übersichtlichen Darstellung sind die Zeitverläufe als Punktstrecke gezeigt,wobei jedem positiven Wert ein heller Punkt und jedem negativen Wert einschwarzer Punkt zugeordnet wird. Sind die Signale über die Tiefe gleichartig

419Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“ – EA Pfähle, 2. Auflage.Herausgegeben von der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V.© 2012 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2012 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

Anhang CBeispiele zur dynamischen Pfahlprobebelastungund Integritätsprüfung

C 1 Auswertungsbeispiel dynamische Pfahlprobebelastungennach dem direkten Verfahren

C 1.1 Aufgabenstellung und Prüfdaten

Bild C1.1 Gemessene Kraft- und Geschwindigkeitsverläufe und Einzelwerte für dasdirekte Verfahren

Folgende Messkurven und Pfahldaten liegen vor:

Querschnitt Stahlrohr D = 762 mm (30″), t = 12,7 mm (1/2″):Fläche A = 298,96 cm2

Länge unter Geber: 56,5 m

Boden: Schluff sandig, im unteren Bereich Sand,

Impedanz

E A 210.000 0,0299Z 1,226c 5.123◊ ◊= = = [MN/(m/s)] (C1.1)

(Z F/v 4.873/ 4,06 1.200)= = = [kN/(m/s)]

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Mit den Messwerten (aus dem Zeitverlauf abgegriffen) wird:

tot 1 1 2 21 1 1 1R (F Z v ) (F Z v ) (4.873 4.978) ( 777 1.091)2 2 2 2

= + ◊ + - ◊ = + + - -

totR 3.991= [kN]. (C1.2)

Die Auswertung wird sowohl nach dem Case- als auch nach dem TNO-Verfahren vorgenommen.

C 1.2 Case-Verfahren

Mit Gl. (10.15) und (10.16) und Jc = 0,3 für Sand/Schluff nach Tabelle 10.1 er-gibt sich:

1 totdyn c 1

(F R ) (4.873 3.991)R J Z v 0,3 1.226 4,06Z 1.225- -Ê ˆ Ê ˆ= ◊ ◊ + = ◊ ◊ +Á ˜Á ˜ Ë ¯Ë ¯

dynR 0,3 1.226 4,78 1.758= ◊ ◊ = [kN] (C1.3)

und nach Gl. (10.12) und Gl. (10.14)

c ,m ,i stat tot dynR R R R 3.991 1.758 2.233= = - = - = [kN] (C1.4)

C1.3 TNO-Verfahren

Mit Gl. (10.19)und Cb = 1,0 [MN/m2/(m/s)] für Sand im Bereich der Pfahlfuß-einbindung errechnet sich:

Rbdyn = 0,0299 · 1,0 · 4,78 = 143 [kN] . (C1.5)Mit Gl. (10.20) (10.21) und F3, v3 aus dem Zeitverlauf sowie Cs = 0,006 [MN/m2/(m/s)]nach Tabelle 10.2 für sandigen Schluff im Bereich der Einbindung über 30 mergibt sich:

s1 4.873 1 1.676v (4,06 ) ( ( 0,33)) 3,172 1.226 2 1.226

= + - - - = [m/s] (C1.6)

sdynR 0,006 (30 0,762*3,14) 3,17 1.366= ◊ ◊ ◊ = [kN] (C1.7)

c ,m ,i stat tot bdyn sdynR R R R R3.991 143 1.366 2.482

= = - -= - - = [kN] . (C1.8)

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