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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau
BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 1
Bundesanstalt für WasserbauDienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord
Dr.-Ing. Martin Pohl
Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau
BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 2
Gliederung
• gültige Normen & Empfehlungen• Nachweisführung GZ 1B• Tragverhalten von Pfählen
axiale & horizontale Beanspruchung, negative Mantelreibung, Seiten-, Fließdruck
• Nachweisführung GZ 1AZugpfähle, Zugpfahlgruppen
• Widerstände bei Einzelpfählenaxial: Probebelastungen, Erfahrungswerte, horizontal, nicht ruhende Lasten, Knicken
• Pfahlgruppen Druckpfahlgruppen, horizontale Beanspruchung
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Normen / Empfehlungen
Eurocode 7 (10.2008)Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik –
Teil 1: Allgemeine Regeln
DIN 1054 (01.2005) Entwurf (02.2009)Baugrund; Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau
EA-Pfähle (2007)Empfehlungen des Arbeitskreises „Pfähle“
EAU (2004)Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“
Häfen und Wasserstraßen
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DIN EN … (neu), Kapitel 7: Hinweise zu Entwurf und BemessungDIN … (alt)Grundbau-Taschenbuch (z.B. 2001, Teil 3, Kapitel 3.2)ErlasseErgänzende Informationen:- ZTV-W LB 214- STLK LB 214 / 215
DIN 1055-100 (03.2001): Grundlagen der TragwerksplanungDIN 18800 (11.1999): StahlbautenDIN 1045 (07.2001): Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton
Normen / Empfehlungen
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Pfahltypen – Normen / Empfehlungen
BohrpfähleDIN EN 1536 (1999) / DIN Fachbericht Nr. 129 /
EA-Pfähle, Kap. 5.4.6 / DIN 4014 (1990)
TeilverdrängerEA-Pfähle, Kap. 5.4.7
MikropfähleDIN EN 14199 (2005) / EA-Pfähle, Kap. 5.4.9 / DIN 4128 (1983)
DIN 1054 (2005) Kap. 8
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VerdrängungspfähleDIN EN 12699 (2001) / DIN 4026 (1975)
Fertigrammpfähle (Stahl, Stahlbeton)DIN EN 12794 / EA-Pfähle, Kap. 5.4.4
Ortbetonrammpfähle (Franki, Simplex)EA-Pfähle, Kap. 5.4.5
Vollverdrängungspfähle – Schraubpfähle (Atlas, Fundex)EA-Pfähle, Kap. 5.4.8
Verpresste Verdrängungspfähle (VM, RI)EA-Pfähle, Kap. 5.4.9
Pfahltypen – Normen / Empfehlungen
DIN 1054 (2005) Kap. 8
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Teilsicherheitskonzept GZ 1B
Einwirkungen ≤ Widerstände
Ed = Ek. γF ≤ Rk / γR = Rd
Rk = Rb,k + Rs,k
Rb,k = qb,k. Ab
Rs,k = Σ qs,k,i. As,i
Ek
Rs,k
Rb,k
weicher bindigerBoden
dichte Sande
lockere Sande
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Teilsicherheiten GZ 1B
Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung
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Teilsicherheiten GZ 1B
Quelle: DIN 1054 (2005)
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Tragverhalten
Ek
Rs,k
Ek
ks,k
Ek
Rs,k
Rb,k
weicher bindigerBoden
dichte Sande
lockere Sande
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Ek
τn,k
Rb,k
Effektive Spannungen:(nicht bindige Schichten)τn,k = σv´ . K0
. tan φk
Totale Spannungen:(bindige Schichten)τn,k = α . cu,k DIN 1054: (α=1)
DIN 1054: τn,k ≤ qs,kEA-Pfähle: τn,k > qs,k möglich
Tragverhalten – negative Mantelreibung
Neutraler Punkt (identische Setzungen)
weicher bindigerBoden
dichte Sande
lockere Sande
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Geländebruchberechnung (freigeschnittenes System)
Seitendruckansatz
Tragverhalten – Seitendruck
ea,k ep,k
Δek = ea,k – ep,k
für Anfangs- und Endzustand
pe,k = b . Δek
Einflussbreite b = Minimum aus:- mittlerer Pfahlachsabstand- dreifache as bzw. Ds- seitendruckerzeugende Schichtdicke- Pfahlgruppenbreite / Pfahlanzahlks,k
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Tragverhalten – Fließdruck
Fließdruck bei vorbeifließendem Boden
Pf,k
Pf,k = 7 . ηa. cu,k
. Ds [kN/m]
Verbauverhältnis
ks,k
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Teilsicherheitskonzept GZ 1A (Zugpfähle)
treibende Kräfte ≤ haltende KräfteGk,dst
destabilisierend stabilisierend GE,k
≤
weicher bindigerBoden
dichte Sande
lockere Sande
Berücksichtigung von Scherkräften, wenn Konstruktion dies zulässt!
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 15
Teilsicherheiten GZ 1A
Quelle: DIN 1054 (2005) 4. Berichtigung
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Einzelpfahl - Axiale Widerständestatische Probebelastungen
ssg* = 0,50 . Rs,k (ssg*) [cm] ≤ 1 cm
Widerstands-Setzungslinie
Rk(s) = Rb,k(s) + Rs,k(s)
sg = 0,10 . Ds [cm]
Fertig-, Ortbetonrammpfähle:
ssg = 0,50 . Rs,k (ssg) + 0,5 [cm] ≤ 3 cm
Bohrpfähle, Teil- / Vollverdränger:
Grenzsetzung sg = s1 (GZ1, DIN 1054)
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Einflüsse auf Streuungsfaktor ξ :Statische Probelastungen:• Anzahl an Probebelastungen• Kopfplatte starr / weich
Dynamische Probebelastungen:• s.o.• Verfahren mit vollständiger Modellbildung / direktes Verfahren
Kalibrierung an statischen PfahlprobebelastungenHerleitung aus Erfahrungswerten
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
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DIN 1054 (2005) Informative Anhänge Anhang B: BohrpfähleAnhang C: VerdrängungspfähleAnhang D: Mikropfähleentfallen mit nächster Fassung !! (lt. EA-Pfähle)
stattdessen EA-Pfähle (2007), Kapitel 5.4
Erfahrungswerte
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
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Erfahrungswerte EA-Pfähle
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
Regelfall
Geotechnischer Sachverständiger
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Erfahrungswerte EA-Pfähle
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
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Erfahrungswerte EA-Pfähle
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
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Erfahrungswerte EA-Pfähle
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
Frankipfahl
untere / obere Erfahrungswerte für:
nicht bindige Bödenbindige BödenGeschiebemergel
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Erfahrungswerte EA-Pfähle
Einzelpfahl - Axiale Widerstände
(reine) Mantelreibungspfähle:Rüttelinjektions- (RI) Pfähle: Spitzendruckansatz nur aus ProbebelastungenMikropfähle: kein Spitzendruckansatz
Bei Zugpfählen sollten immer Pfahlprobelastungen durchgeführt werden!
Nach Bauwerken getrennt zu betrachten!!
Grenzhebung: ssg,z = 1,30 . ssg
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 24
Bettungsmodul ks,k = Es,k / Ds σh,k ≤ eph,k
bei: u ≤ 2 cm oder 0,03 . Ds,
Pfahlschaftdurchmesser Ds ≥ 0,30 m bzw. as ≥ 0,30 m
Nachweis der Tragfähigkeit (GZ 1B) nicht erforderlich, wenn:LF1: H ≤ 3% VLF2: H ≤ 5% V
(Vollständig im Boden eingebettete Pfähle)
Erfahrungswerte aus horizontalen Pfahlprobebelastungen
Einzelpfahl - horizontale Widerstände
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Dynamische Lasten Bodenverflüssigung stark reduzierte Widerstände
Einzelpfahl – nicht ruhende Lasten
Stoßartige Lasten Bettungsmodul wie bei statischen Einwirkungen (ohne Trägheitskräfte) odererhöhte Bettungsmodule (mit Trägheitskräften)
Zyklische Wechsellasten > 20% R2,k (Widerstand GZ 2)reduzierte Mantelreibung ≤ 40%reduzierter Spitzendruck vernachlässigbar
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 26
EA-Pfähle: Knicknachweis erforderlich wenn:- Ds < 0,30 m; cu,k ≤ 15 kPa- Mikropfähle flüssige bis weiche Bodenschichten durchörtern
Einzelpfahl – Knicken
Unterschiedliche Angaben inDIN 1054 (2005): cu,k ≤ 15 kPa KnicknachweisEC 7 (2005): cu,k > 10 kPa kein Knicknachweis
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Druckpfahlgruppen
DIN 1054:Steife Pfahlkopfplatte:
Nachweis GZ 1B entfälltNachweis GZ 2 erforderlich
Weiche Pfahlkopfplatte: Einzelpfähle Nachweis GZ 1B
Wechselwirkung bei Pfahlabstand unter 6 bis 8 . Ds
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 28
Druckpfahlgruppen
R1,k,G = qb1,k. Σ Ab,i + Σ qs,k,j
. As,j*
Gruppenpfahlwiderstand
EinzelpfahlAbgewickelte Mantelfläche Ersatzpfahl
EA-Pfähle: großer Ersatzeinzelpfahl
Prüfung: Kopfplatte ausreichend bemessen für Lastumlagerung ? (unterschiedliche Widerstands-Setzungs-Verhalten der Einzelpfähle)
Cp,k,i = R2,k,i / s2,k,i
Ersatzfedersteifigkeit (linear)
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 29
Druckpfahlgruppen - Widerstände
Randbedingungen / Vorgehensweise:9 ≤ L ≤ 24 m; 0,3 ≤ Ds ≤ 1,5 m, max. 9 Pfähle je SeiteNomogramme (Einflussfaktor Boden, Gruppengeometrie, -größe, Pfahlart)gültig für Bohrpfahlgruppen
RG,i = RE. GR,i mit GR,i = λ1
. λ2. λ3
Gruppenpfahlwiderstand
Pfahlwiderstand EinzelpfahlGruppenfaktor (Einflussfaktor s.o.)
Σ Pfahlwiderstände ≠ Gesamteinwirkung Anpassung der Setzungen
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 30
Druckpfahlgruppen - Widerstände
a = Pfahlachsabstand
d = Pfahleinbindetiefe in tragfähige Schicht
bindig I: 5 ≤ Es ≤ 15 MPa
bindig II: 15 ≤ Es ≤ 30 MPa
nicht bindig: Es ≥ 25 MPa
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 31
Horizontale Beanspruchung von Pfahlgruppen
DIN 1054 (2005) Anhang E & EA-PfähleRBen: alle Pfähle annähernd gleiche horizontale Kopfverschiebung
Anwendung Bettungsmodulverfahren
Berechnung der elastischen Pfahllänge
Abminderungsfaktor
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 32
Weitere erforderliche Nachweise
Innere Bemessung (Materialversagen)Ed ≤ RM,d
Nachweis der Gesamtstandsicherheit (GZ 1C)Gelände- / Böschungsbruch
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2)E2,d ≤ R2,d
vorh s2,k ≤ zul s2,k
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BAW - DH / 2009-09 K1 Folie-Nr. 33
Bundesanstalt für WasserbauDienststelle Hamburg, Referat Geotechnik Nord
Dr.-Ing. Martin Pohl
Gültige Normen und Empfehlungen zur Bemessung
Danke für die Aufmerksamkeit!