vorl-g-n Tiefgründungen, Pfähle und Anker

Seite Tiefgrndungen, Pfhle und Anker N.59

- Die Grenzlast eines Verpressankers wchst mit der Scherfestigkeit, d.h. mit der Lagerungsdichte bzw. Konsistenz des Bodens.

- Ungleichkrnige Sande tragen mehr als gleichkrnige. - Die Grenzlast wchst nicht linear proportional mit der Lnge des Verpresskrpers: Lngen ber 7 m sind wegen des

progressiven Bruchs lngs des Verpresskrpers im Allgemeinen unwirtschaftlich (OSTERMAYER / SCHEELE, 1977). - Bei nichtbindigen Bden ist der Durchmesser des Verpresskrpers im Rahmen der gngigen Mae zwischen 100 und

150 mm ohne Einfluss auf die Grenzlast. - Im bindigen Boden nimmt die Nutzlast eines Ankers mit wachsender Plastizitt ab. - Im bindigen Boden ist die Mantelreibung unabhngig vom Durchmesser des Verpresskrpers, d.h. entgegen der ent-

sprechenden Aussage fr nichtbindige Bden nimmt hier die Grenzlast mit dem Durchmesser zu. - Im bindigen Boden lsst sich die Tragkraft durch Nachverpressen betrchtlich erhhen.

N.5.5 Spannkraftverlust durch Kriechen

Wie bei der Pfahlprobebelastung muss auch bei Ankern nach DIN 4125 in Eignungs- und gegebenenfalls auch in den Ab-nahmeprfungen auf der Baustelle kontrolliert werden, ob ihre Zugkraft durch Relaxation im Laufe der Zeit abnimmt. Man bestimmt auch hier das Kriechma

)t/t( lg / )ss(k 1212s = (N05.10) aus der Auftragung der Ankerkopfverschiebung s ber dem Logarithmus der Zeit t. Bild N05.90 gibt Erfahrungsdaten fr ks. Es ist deutlich zu sehen, wie ks exponentiell ansteigt, wenn bei Sand eine etwa 1,5-fache, bei Ton eine etwa 2-fache Sicher-heit gegen Versagen berschritten wird.

Bild N05.80: Mantelreibung von Ankerverpresskrpern in bindigen Bden (OSTERMAYER, 1991)

Bild N05.90: Kriechmae ks von Ankern bei An-nherung an den Bruch (OSTERMAYER, 1991)


Bei zum Kriechen neigenden Bden wird deswegen die rechnerische Grenzlast nach einem Kriechma ks = 2 mm festge-legt. Wenn dieser Wert z.B. bei Dauerankern auf 2/3 abgemindert wird, ist erreicht, dass unter der Gebrauchslast ein Kriechma von 0,6 mm nicht berschritten wird. Ein Kriechma von 0,5 mm bedeutet anschaulich, dass der Ankerkopf im Zeitraum zwischen 30 min und 50 Jahren 3 mm nachgibt, was einem Kraftverlust von etwa 12 % bei einem Vorspannstahl 835/ 1030 entspricht. Die Ankerkopf-Verschiebung s besteht aus - der elastischen Dehnung des Ankers und Stauchung des Verpresskrpers; - der Herstellung des Schubverbunds zwischen Verpresskrper und Boden; - der Verformung des Bodenvolumens zwischen den Spannpunkten. Die beiden ersten Anteile spielen fr ks keine Rolle. Auch die Hufigkeit einer Last (Schwell-Beanspruchung) kann die Gebrauchslast begrenzen. Dies wird analog zum Zeitein-fluss geprft, indem man s als Funktion des Logarithmus der Lastwechsel auftrgt. Man erhlt ein Schwellma kn, das vor allem bei nichtbindigen Bden zu beachten ist. Eine Entfestigung ist nicht zu befrchten, wenn die Schwell-Last kleiner als 20 % der Gebrauchslast ist. ber die Relaxation infolge dynamischer Lasten ist bisher wenig bekannt, doch wird man davon auszugehen haben, dass sich die Reduktion der Scherfestigkeit durch dynamische Lasten in entsprechendem Umfang auch auf die Ankerkraft aus-wirkt. Wenn dynamische Lasten mglich sind, muss so konstruiert werden, dass die Standsicherheit eines Tragsystems bei Ausfall der Anker noch ber 1 liegt.

N.5.6 Probebelastungen

Spundwandanker knnen wie andere Stahlbau-Elemente auch ohne eine besondere Grundsatzprfung eingesetzt werden. Dagegen werden Verpressanker nur zugelassen, wenn die einwandfreie Herstellbarkeit des Ankers durch amtlich berwach-te Herstellung von Ankern in je einem nichtbindigen und einem bindigen Boden, mindestens 3 Stck, geprft ist, wobei die Anker nach dem Versuch ausgegraben und einer Werkstoffprfung unterzogen worden sein mssen (Grundsatzprfung). Auf der Baustelle werden Eignungs- und Abnahmeprfungen vorgenommen, Bild N05.100: Eignungsprfung: Kontrolle der Eignung des Ankers unter den spe-ziellen Baustellenbedingungen an 3 Ankern, die im Gegensatz zur Grundsatzprfung nicht ausgegra-ben zu werden brauchen. Gemessen werden die Arbeitslinie und ks. Abnahmeprfung: Jeder Temporranker wird mit der 1,2-fachen, jeder Daueranker mit der 1,5-fachen Gebrauchslast ge-prft, ehe er abgenommen werden kann. Bei Tem-porrankern wird auerdem jeder 20. Anker weiter belastet bis zur - 1,33-fachen Gebrauchslast, wenn Erdruhe-

druck, - 1,50-fachen Gebrauchslast, wenn aktiver Erd-

druck seiner Dimensionierung zugrunde liegt. Bei der Abnahmeprfung wird auch aus dem Ver-schiebungsma s die freie Ankerlnge lfSt rckgerechnet, die aus statischen Grnden unbedingt einzuhalten ist. Da hierfr nur die elastische Dehnung des Ankers von Belang ist, muss man diese durch Entlasten und Wiederbelasten des Ankers bestimmen. Nach der Abnahme werden die Anker auf ihre Festlegelast gespannt und festgemacht. Sie entspricht maximal der Gebrauchslast, falls nicht zwecks Minimierung der Bodenverformungen weiter vorgespannt werden soll dann geht man mit der Vorlast bis auf die 1,2-fache Gebrauchslast. Aus den fr die Eignungsprfung in DIN 4125 vorgeschriebenen 3 Versuchsergebnissen ergeben sich der Mittelwert, der durch 1,3, und der kleinste der 3 Werte, der durch 1,1 zu teilen ist, um im Hinblick auf das Partialsicherheitskonzept den cha-

Bild N05.100: Messeinrichtung zur Ankerprfung (OSTERMAYER, 1991)


rakteristischen Wert Ak der Ankerkraft zu bestimmen. Der Bemessungswert Ad ergibt sich daraus fr Temporranker ber einen Partialsicherheitsbeiwert m = 1,25, fr Daueranker ber m = 1,5.

N.5.7 Gegenseitige Beeinflussung von Ankern

Wie aus Modellversuchen in Sand und theoreti-schen berlegungen hervorgeht (WERNER, 1975), braucht man eine gegenseitige Beeintrchtigung des Tragverhaltens bei Verpressankern dann nicht mehr zu befrchten, wenn ihr Abstand grer ist als ihr 10-facher Durchmesser im Verpresskrper. Eine Kontrolle der Gruppenwirkung wird bei Ankerab-stnden unter 1 m erforderlich ("Gruppenprfung"). Es empfiehlt sich aber, mit dem Abstand nicht unter 1,5 m herunterzugehen, wenn sich das konstruktiv erreichen lsst. Besondere Probleme dieser Art ergeben sich bei Wandecken durch einander kreuzende Ankerlagen, Bild N05.110. Die Verpresskrper drfen (a) nicht im aktiven Gleitkeil der parallel zu den Ankern ver-laufenden Wand liegen; andernfalls mssen (b) die Zusatz-Erddrcke aus den Verpresskrpern auf die Wand bercksichtigt werden.

N.5.8 Standsicherheit des rckverhngten Bo-denvolumens

Bei der Untersuchung der Standsicherheit des aus Zugankern und dem vorgespannten Bodenvolu-men bestehenden Systems mssen verschiedene Versagens-Mglichkeiten untersucht werden. Die-se Nachweise sind unabhngig davon, ob es sich um Spundwandanker oder Verpressanker handelt.

N.5.8.1 Versagen oberflchennaher Anker durch Grundbruch (ausbrechenden Erdkeil)

Bei oberflchennah eingebauten Ankerplatten muss der Nachweis gefhrt werden knnen, dass der Bemessungswert der Ankerkraft A durch die Diffe-renz der Bemessungswerte von Erdwiderstand und Erddruck aufgenommen werden kann (Bild N05.120). Ein Versagen dieser Form ist nur bei o-berflchennahen Ankern mglich, bei tiefliegenden Ankern entstehen walzenfrmige Bruchmechanis-men, welche die Gelndeoberflche nicht errei-chen. Die Verkehrslast auf der Gelndeoberflche wird beim Nachweis hochliegender Anker nur inso-weit angesetzt, als sie den aktiven Erddruck auf die Ankerplatten ungnstig beeinflusst. Der Bruchkr-per reicht am Ankerpunkt bis zur Gelndeoberfl-che, weil der Boden im Fall des Bruchs mitgenom-men wird. Bei Verpressankern wird als Ankerpunkt der Schwerpunkt (praktisch: Mittelpunkt) des Verpresskrpers angesehen. Einen verwandten Fall des Versagens zeigt Bild N05.130: hier lst ein Zuganker im Boden den Grundbruch aus.

Bild N05.110: Wirkung von Ankern bei ausspringender Ecke (OSTERMAYER, 1991)

Bild N05.120: Ankerversagen durch ausbrechenden Erdkeil

Bild N05.130: Versagen des Bodenkrpers bei einer Zugverankerung (OSTERMAYER, 1991)


N.5.8.2 Versagen in der tiefen Gleitfuge

Um eine Wand im Boden mit Ankern rckzuhn-gen, muss ein ausreichend groes Bodenvolumen hinter der Wand mit herangezogen werden, sonst versagt die Wand gemeinsam mit dem hinter ihr liegenden Bodenkrper, man spricht vom Versa-gen in der tiefen Gleitfuge. Beim diesem Versagen handelt es sich um eine Form des Gelndebruchs, siehe Bild N05.140. Dabei ist offen, welche geometrische Form der Bruchflche magebend ist. In der Praxis unter-sucht man hufig nherungsweise eine ebene Bruchflche (Bild N05.150), die durch die geradli-nige Verbindung des Ankerpunktes mit demjenigen Punkt F der zu verankernden Wand festliegt, der sich bei freier Fulagerung ergeben wrde (EAU, 1996, Abschnitt 8.4.9): "Nachweis der tiefen Gleitfuge". Wenn die Wand am Fu eingespannt ist, gilt als tiefe Gleitfuge die Verbindung zwischen der Unterkante D der Ankerwand bzw. dem Anker-punkt des Verpresskrpers und dem unteren Querkraft-Nullpunkt der Wand. Ea darf nur in der Gre eingesetzt werden, die fr die Berechnung der erforderlichen Ankerkraft A magebend gewesen ist.

Beim Nachweis wird ein Erdkrper betrachtet, der hinter der gesttzten Wand herausgeschnitten wird. Mit dem Schnitt hinter der Wand wird der Anker ge-schnitten und die Ankerkraft geht in die Betrachtung im Krafteck ein. Der Nachweis kann auf zwei Arten gefhrt werden. In Bild N05.150 (ganz rechts) wird das Krafteck mit der tatschlichen Ankerkraft ge-schlossen, woraus sich die Richtung der Kraft Q er-gibt. Als Sicherheit kann das Verhltnis zwischen

dem Reibungswinkel (eingezeichnet als mgl), welcher die mgliche Richtung von Q definiert, und

dem mobilisierten Winkel vorh definiert werden. Die zweite Art der Sicherheitsdefinition ist die Er-mittlung der maximal mglichen Ankerkraft Amgl bei Ausnutzung der vollen Scherfestigkeit in der tiefen Gleitfuge und ihr Vergleich mit der vorhandenen Ankerkraft Avorh. Sie geht auf KRANZ (1940) zurck. Der Nachweis zur mobilisierten Scherfestigkeit in der tiefen Gleitfuge entspricht str-ker den blichen grundbautechnischen Gepflogenheiten, ist daher besser berschaubar und sollte vorgezogen werden.

Bild N05.140: Gelndebruch und Versagen in der tiefen Gleitfuge als Bruch mit mehreren Bruchkrpern

Bild N05.150: Nachweis in der tiefen Gleitfuge

Bild N05.151: Nachweis in der tiefen Gleitfuge mit Wasserdruck


Bild N05.151 zeigt die bertragung des Nachweises auf eine Situation mit Grundwasser im Boden hinter der Wand und Bild N05.160 auf den Fall des geschichteten Bodens. Bei mehrfach verankerten Baugrubenwnden wird der Nachweis fr jeden Anker einzeln gefhrt. Lngere Anker als der be-trachtete werden bei der fr den Nachweis gewhlten Schnittfhrung zweimal geschnitten und fallen aus der Betrachtung heraus. Alle krzeren Anker mssen zustzlich zum betrachteten Anker in ihrer Kraftwirkung mit erfasst werden.

N.6 Zugfundamente

N.6.1 Allgemeine Hinweise

Ein Zugfundament ist entweder ein Fundament-block, der wie ein Ankerstein kraft seines Eigen-gewichts imstande ist, Zuglasten aufzunehmen, oder die Kopfplatte einer Verankerungskonstrukti-on aus Pfhlen oder Ankern, gelegentlich auch aus Schlitzwandabschnitten. Die erstgenannten Zugfundamente kommen nur fr kleinere Lasten in Frage, und selbst da wird man prfen, ob der Injektionszuganker als Dauer-anker nicht wirtschaftlicher ist. In der Regel wird versucht, das Eigengewicht des anstehenden Bo-dens selbst als Gegengewicht zu aktivieren. Dar-aus ergeben sich besonders im Freileitungsbau z.B. die in Bild N06.10 dargestellten Varianten. Auch Bohrpfhle mit angeschnittenem Fu werden verwendet; der Fu muss dann ber die Beweh-rung an den Pfahlschaft angeschlossen sein. Magebender Lastfall bei den Freileitungsmasten ist der einseitige Zug, falls die Leitung reit. Eine stndig einseitige Beanspruchung tritt bei Ab-spannmasten auf. Magebend fr Freileitungs-maste ist nicht die DIN 1054, sondern vorerst noch

Bild N05.160: Nachweis in der tiefen Gleitfuge bei geschichtetem Boden

Bild N06.10: Zugfundamente fr Freileitungsmaste


die VDE 0210; es empfiehlt sich jedoch, das Partialsicherheitskon-zept des EC7 unter Beachtung der Angaben zu Einwirkungen im EC1 auch auf diese Zugfundamente anzuwenden. Anmerkung: Bei Freileitungsmasten wird bisher die Sicherheit durch Anbringen einer 1,2-fachen Gebrauchslast als Zugkraft an 5 % aller Einzelfundamente stichprobenartig geprft, wobei eine 1,5-fache Sicherheit nachzuweisen ist.

N.6.2 Erdstatischer Nachweis

Bild N06.20 stellt das Bruchversagen eines Ankerelements im Bo-den dar, wie es z.B. von GRUHLE (1981) bei Modellversuchen in Sand beobachtet und ausgewertet wurde: ber dem Ankerkrper (G1) steht nicht nur das darber liegende Bodengewicht G2, son-dern auch der seitliche Schubwiderstand zur Verfgung, durch den im Boden ein Druckbereich ber dem Anker und ein Bereich min-derer Druckspannungen an den Seiten entsteht: Es gilt: Qz = G1 + NA d mit A - Querschnitt des Ankerkrpers, d - Durchmesser von A, - Bodenwichte. NA ist ein Tragfhigkeitsbeiwert, der dem Diagramm in Bild N06.20 als Funktion von t/d, also der Einbindetiefe, entnommen werden kann. Es wird empfohlen, mit 0,5Qz zu bemessen und die Trag-fhigkeit mit einer Probebelastung zu prfen.

Bild N06.20: Tragverhalten von erdeingebundenen Ankerplatten


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