Berechnung von Baugrubensicherungen nach den Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" (2006)

Berechnung von

Baugrubensicherungen nach den Empfehlungen

des Arbeitskreises „Baugruben“ (2006)

1. Vorbemerkungen

Die im Juni 2006 in der 4. Auflage herausgegebenen Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben (EAB) berücksichtigen die bauaufsichtlich eingeführte Neufassung der DIN 1054 (2005-01) und ersetzen somit die 3. Auflage der EAB von 1994 sowie die „Entwurfsfassung" der Empfehlungen EAB-100 von 1996, in welcher das Teilsicherheitskonzept bereits verankert war.

Die EAB sind Regeln der Technik für fachgerechtes Verhalten im Normalfall, die sich bei der Berechnung und Bemessung von Baugrubensicherungen als anerkannte Regeln der Technik bewährt haben.

Das mit der DIN 1054 und den neuen EAB eingeführte Teilsicherheitskonzept und die strikte Trennung von Einwirkungen und Widerständen bringt eine Änderung des Bemessungs- und Nachweisverfahrens für Verbauwände gegenüber der bisherigen Methode mit sich. Darüber hinaus wurden sämtliche Empfehlungen aus der 3. Auflage einer grundsätzlichen Überarbeitung unterzogen.

2. Aufgabe

Herr Michael Riemer erhält die Aufgabe, die für die Bemessung von Verbauwänden wesentlichen Grundlagen, Berechnungs- und Nachweisschritte unter Anwendung der neuen EAB zu erfassen und in einer systematischen und zusammenfassenden Form darzustellen. Anzustrebendes Ziel ist dabei die Erstellung eines für Lehrzwecke verwendbaren Skriptes.

Er soll sich dabei hauptsächlich auf die einfachen statischen Systeme:

- die ungestützte, im Boden eingespannte Wand,

- die einfach gestützte (bzw. verankerte) im Boden frei aufgelagerte Wand und

- die einfach gestützte (bzw. verankerte) im Boden voll eingespannte Wand beziehen. Des Weiteren soll Herr Riemer für die drei genannten statischen Systeme jeweils ein Berechnungsbeispiel - einschließlich der Bemessung der Verbauwand (Spund- bzw. Ortbetonwand) ausarbeiten. Ein weiteres Beispiel soll für eine Trägerbohlwand angefertigt werden.

Die Umsetzung der Aufgabe und die weitere Konkretisierung innerhalb des Aufgabenrahmens soll in Absprache mit dem Betreuer erfolgen.

3. Weitere Hinweise

Die Diplomarbeit soll ein ausführliches Quellenverzeichnis sowie eine kurze Zusammenfassung enthalten.

Die Arbeit soll in zwei gedruckten Exemplaren an der HTWK eingereicht werden. Zusätzlich ist eine CD zu erstellen, auf der die Diplomarbeit sowohl als MS Word Datei als auch als PDF Datei abgespeichert ist.

Bestandteil der Diplomarbeit ist auch die Anfertigung eines (mit Powerpoint entwickelten) Präsentationsplakates im Format DIN A1. Zum Ausdrucken der ppt-Datei kann der Farbplotter der Fachgruppe „Tiefbau“ genutzt werden. Die Plakat-Datei soll ebenfalls auf die CD gespeichert werden.

Betreuer:

Prof. Dipl.-Ing. Manfred Kilchert

Termine:

Ausgabe der Diplomaufgabe: 27. November 2006

Abgabe der Diplomarbeit: 27. Februar 2007

Leipzig, den 27. November 2006

Prof. Dipl.-Ing. Manfred Kilchert

Erklärung

Erklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbständig angefertigt habe. Es wurden nur die in der Arbeit ausdrücklich benannten Quellen und Hilfsmittel benutzt. Wörtlich oder sinngemäß übernommenes Gedankengut habe ich als solches kenntlich gemacht.

Ort, Datum Unterschrift

Kurzfassung

Kurzfassung

Die in den 70er Jahren erstmals veröffentlichten Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ der Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. hatten das Bestreben eine gewisse Einheitlichkeit in die Grundlagen der Berechnung von Baugrubenumschließungen zu bringen. Die vorliegende Arbeit versucht zunächst in allgemeiner Form über die Erläuterung dieser Grundlagen der mittlerweile in der 4. Auflage erschienenen EAB hinaus eine zusammenfassende Darstellung aller wesentlichen Fragen zu geben, die sich beim Entwurf einer standsicheren Baugrubenkonstruktion stellen, und beschreibt an-hand von vier vollständig durchgerechneten Beispielen, wie zukünftig auf vereinfachende Weise eine Vorbemessung der Einbindetiefe, die Berechnung und die Nachweisführung von Baugrubenwänden und seiner Einzelteile durchgeführt wird.

Abstract

The “Recommendation on Excavations”, edited by Deutsche Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V., which have been published first in the 1970’s, have had the aim of bringing a certain standard into the basics of calculation of excavation pits. At first this present paper tries, by exceeding the explanation of those basics given in the 4th edition of “Recommendation on Excavations” to describe all essential aspects that of calculation of excavation walls. A possible future procedure for the preliminary computation of embedment depth and a prospective method of designing and check calculation of excavation walls and their single parts is subsequently illustrated by four complete examples.

Inhaltsverzeichnis 7

  Inhaltsverzeichnis  

  DIPLOMAUFGABE  2

  ERKLÄRUNG  5

  KURZFASSUNG  6

  ABSTRACT  6

  ABBILDUNGSVERZEICHNIS  13

TABELLENVERZEICHNIS   14

  ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS  15

  EINLEITUNG  16

1  EINFÜHRUNG IN DIE NEUE DIN 1054 EC7  18

1.1  Entwicklung der DIN 1054 und des Eurocodes 7  18

1.2  Sicherheitskonzepte  21

1.2.1  Globales Sicherheitskonzept (alte DIN 1054: 1976)  23

1.2.2  Teilsicherheitskonzept (EC 7: 2005)  24

1.2.2.1  Charakteristische Werte und Bemessungswerte  24

1.2.2.2  Grenzzustände der Tragfähigkeit  25

1.2.2.3  Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit  28

1.2.3  Teilsicherheitskonzept (neue DIN 1054: 2005)  28

1.2.3.2  Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit GZ 2  30

1.2.3.5  Lastfälle (LF)  32

1.2.3.6  Teilsicherheitsbeiwerte  34

1.2.3.7  Bodenkenngrößen und Geotechnische Kategorien  35

Inhaltsverzeichnis 8

2  GRUNDLAGEN FÜR DIE BEMESSUNG DER  

  BAUGRUBENSICHERUNGSMAßNAHMEN  37

2.1  Hinweise zur Konstruktion von Baugrubenverbauten  37

2.1.1  Allgemein  37

2.1.2  Trägerbohlwände  38

2.1.3  Spundwände (Stahl)  39

2.1.4  Massive Baugrubenwände  41

2.1.5  Stützung von Baugruben  46

2.1.5.3  Gurtung  49

2.2  Statische Systeme  50

2.3  Grundlagen der Erddruckberechnung nach E DIN 4085 (2002)  51

2.3.1  Allgemeines  51

2.3.2  Winkeldefinition  53

2.4  Einwirkungen und Beanspruchungen  55

2.4.1  Lastannahmen  55

2.4.2  Aktiver Erddruck Ebener Fall  56

2.4.2.2  Verteilung des aktiven Erddruckes nach EB 69 EB 70  61

2.4.2.3  Aktiver Erddruck bei Baugruben neben Bauwerken  65

2.4.2.4  Aktiver Erddruck bei geschichtetem Boden  65

2.4.3  Erhöhter aktiver Erddruck (verminderter Erdruhedruck)  66

2.4.4  Aktiver Erddruck Räumlicher Fall  68

2.4.5  Erdruhedruck  68

2.4.5.2  Verteilung des Erdruhedruckes nach EB 23  69

2.4.5.3  Erdruhedruck aus senkrechten oder waagerechten Bauwerkslasten  

2.4.6  Wasserdruck  71

2.4.6.2  Am Strömen gehindertes Wasser  73

2.5  Widerstände  74

2.5.1  Passiver Erddruck (Erdwiderstand) Ebener Fall  74

2.5.2  Passiver Erddruck (Erdwiderstand) Räumlicher Fall  76

Inhaltsverzeichnis 9

3  BEMESSUNG WANDARTIGER TRAGWERKE  78

3.1  Ermittlung der Einbindetiefe nach EB 80  78

3.1.1  Iterative Lösung  79

3.1.2  Rechnerunterstützte Handrechnung  79

3.1.3  Nomogrammverfahren nach Blum  80

3.2  Ermittlung der Schnittgrößen nach EB 82  81

3.2.1  Auflagerkräfte  81

3.2.2  Biegelinie und maximales Moment  81

3.3  Verfahren zur Ermittlung von Schnittgrößen und Einbindetiefen mehrfach  

  gestützter Baugrubenwände  82

3.3.1  Berechnung mit Elastizitätstheorie und Traglastverfahren unter vereinfachten  

  Berechnungsansätzen nach EB 27  82

3.3.2  Bettungsmodulverfahren und die Finite Elemente Methode  

  nach EB 102 und EB 103  83

3.4  Nachweis der Tragfähigkeit GZ 1  84

3.4.1  Nachweis der Lagesicherheit GZ 1A  84

  Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch nach EB 61 84 3 4 1  1

  Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EB 62 86 3 4 1  2

3.4.2  Nachweis der Standsicherheit GZ 1B  87

3.4.2.2  Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes  

3.4.3  Nachweis der Gesamtstandsicherheit GZ 1C  90

3.5  Nachweis der Gebrauchstauglichkeit GZ 2  90

3.5.1  Allgemein  90

3.5.2  Bedeutung  90

3.5.3  Vergleich der Methoden zur Ermittlung der Verformungen  91

3.5.4  Beobachtungsmethode  92

3.6  Berechnungsbeispiel  1

  einfach gestützte und im Boden frei aufgelagerte Wände  93

3.6.1  Aufgabe  93

3.6.2  Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand  95

3.6.3  Vorbemessung der erforderlichen Einbindetiefe t 0 durch rechnerunterstützte  

  Handrechnung  99

3.6.4  Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen unterhalb der BGS mit dem  

  ermittelten t 0  100

3.6.5  Ermittlung des charakteristischen Erdwiderstandes mit dem ermittelten t 0  100

3.6.6  Ermittlung der Auflagerkräfte und des maximalen Moments  101

3.6.7  Bemessung eines Spundwandprofils  102

Inhaltsverzeichnis 10

3.6.8  Nachweis des Erdauflagers  103

3.6.9  Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes  

  nach EB 9  103

3.6.10  Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84  105

3.6.11  Durchbiegung  106

3.6.12  Fußverschiebung  107

3.6.13  Gesamtverschiebung  108

3.7  Berechnungsbeispiel  2

  nicht gestützte im Boden eingespannte Wände  109

3.7.1  Aufgabe  109

3.7.2  Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand  111

3.7.3  Vorermittlung der Einbindetiefe t 1  115

3.7.4  Ermittlung der wirksamen Wichte infolge Strömung mit dem ermittelten t 1  116

3.7.5  Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand mit dem ermittelten t 1  117

3.7.6  Ermittlung der Auflagerkräfte  118

3.7.7  Ermittlung des maximalen Moments  120

3.7.8  Nachweis des Erdauflagers  123

3.7.9  Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes  

  nach EB 9  123

3.7.10  Nachweis des Einbindetiefenzuschlags nach EB 26  125

3.7.11  Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84  127

3.7.12  Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch nach EB 61  128

3.8  Berechnungsbeispiel  3

  einfach gestützte und im Boden eingespannte Wände  130

3.8.1  Aufgabe  130

3.8.2  Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand  132

3.8.3  Vorermittlung der Einbindetiefe t 1 mit dem Nomogrammverfahren  135

3.8.4  Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen unterhalb der BGS mit dem  

  ermittelten t 1  138

3.8.5  Ermittlung der charakteristischen Erdwiderstände mit dem ermittelten t 1  138

3.8.6  Ermittlung der Auflagerkräfte  138

3.8.7  Ermittlung des maximalen Moments  140

3.8.8  Nachweis des Erdauflagers  141

3.8.9  Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes  

  nach EB 9  142

3.8.10  Nachweis des Einbindetiefenzuschlags nach EB 26  143

3.8.11  Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84  145

Inhaltsverzeichnis 11

4  BEMESSUNG VON TRÄGERBOHLWÄNDEN  147

4.1  Allgemein  147

4.2  Berechnungsalgorithmus  147

4.3  Gleichgewicht der Horizontalkräfte bei Trägerbohlwänden nach EB 15  149

4.4  Berechnungsbeispiel  4

  einfach gestützte und im Boden frei aufgelagerte Trägerbohlwand  150

4.4.1  Aufgabe  150

4.4.2  Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand  152

4.4.3  Ermittlung der Schnittgrößen  155

4.4.4  Bemessung der Bohlträger  157

4.4.5  Berechnung des Erdwiderstandes im Bereich der Einbindetiefe  158

4.4.6  Nachweis des Erdauflagers  159

4.4.7  Nachweis des Gleichgewichts der Horizontalkräfte nach EB 15  159

4.4.8  Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes  

  nach EB 9  161

4.4.9  Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84  162

5  VERANKERUNG MIT VERPRESSANKERN  165

5.1  Nachweis der Kraftübertragung von der Verankerung auf das Erdreich  

  nach EB 43  165

5.1.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 3:  167

5.2  Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge nach EB 44  170

5.2.1  Allgemein  170

5.2.2  Einfach verankerte wandartige Tragwerke  170

5.2.3  Mehrfach verankerte wandartige Tragwerke  172

5.2.4  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 3:  173

5.3  Nachweis der Geländebruchsicherheit nach EB 45  177

6  BEMESSUNG UND NACHWEIS DER EINZELTEILE  178

6.1  Allgemein  178

6.2  Tragfähigkeit der Ausfachung von Trägerbohlwänden nach EB 47  179

6.2.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 4:  180

6.3  Tragfähigkeit von Bohlträgern nach EB 48  182

6.3.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 4:  183

6.4  Tragfähigkeit von Spundwänden nach EB 49  186

6.4.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 1:  187

Inhaltsverzeichnis 12

6.5  Tragfähigkeit von Ortbetonwänden nach EB 50  189

6.5.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 3:  190

6.6  Tragfähigkeit von Gurten nach EB 51  192

6.7  Tragfähigkeit von Steifen nach EB 52  193

6.7.1  Berechnungsbeispiel Fortsetzung Beispiel 1:  193

ANHANG A:  ABLAUFDIAGRAMME FÜR NACHWEISVERFAHREN  

  NACH EC (2005)  195

  A 1: Ablaufdiagramm für den Nachweis einer bodengestützten Wand  

  nach EC 7 (2005) Abs 2 4 7 3 4 2 (Verfahren 1):  195

  A 2: Ablaufdiagramm für den Nachweis einer bodengestützten Wand  

  nach EC 7 (2005) Abs 2 4 7 3 4 3 (Verfahren 2):  196

  A 3: Ablaufdiagramm für den Nachweis einer bodengestützten Wand  

  nach EC 7 (2005) Abs 2 4 7 3 4 4 (Verfahren 3):  197

ANHANG B:  NOMOGRAMMVERFAHREN NACH BLUM  198

  B 1: Nomogramm nach Blum zur Berechnung ungestützter  

  im Boden eingespannter Baugrubenwände:  198

  B 2: Nomogramm nach Blum zur Berechnung einfach gestützter  

  im Boden eingespannter Baugrubenwände:  199

  B 3: Nomogramm nach Blum zur Berechnung einfach gestützter  

  im Boden frei aufgelagerter Baugrubenwände:  200

ANHANG C:  ZUSÄTZLICHE ZAHLEN UND KURVENTAFELN  201

  C 1: Erdwiderstandsbeiwerte K ph nach dem Gleitschema von Streck:  201

  C 2: Erdwiderstandsbeiwerte K C nach Caquot Kérisel:  202

  C 3: Umrechnungsfaktoren zu den Erdwiderstandsbeiwerten nach Caquot Kérisel:  203

  C 4: Erddruckbeiwerte nach DIN E 4085 (2002):  204

  LITERATURVERZEICHNIS  207

  STICHWORTVERZEICHNIS  213

  ANGEWANDTE EMPFEHLUNGEN NACH NUMMERN GEORDNET  215

Abbildungsverzeichnis 13

  Abbildungsverzeichnis  

  Abb 1 1:  

  Abb 1 2:  

  Abb 2 1:  

  Abb 2 2:  

  Abb 2 3:  

  Arten von Bohrpfahlwänden  44

  Abb 2 4:  

  Aushubgrenze vor Einbau einer Stützung nach EAB (2006)  46

  Abb 2 5:  

  Verankerungsarten  47

  Abb 2 6:  

  Konstruktionsregeln nach Ostermayer H (2001)  48

  Abb 2 7:  

  Einfluss der Verschiebung auf den Erddruck  52

  Abb 2 8:  

  Vorzeichenregel für die bei der Ermittlung des Erddrucks benutzten Winkel  54

  Abb 2 9:  

  Maßgebender Erddruck  58

  Abb 2 10: Lastfiguren für den Erddruck aus lotrechten Nutzlasten bei wenig  

  nachgiebig gestützten Wänden  59

  Abb 2 11: Lastfiguren für den Erddruck aus lotrechten Nutzlasten bei nicht oder  

  nachgiebig gestützten Wänden  60

  Abb 2 12: Lastfiguren für den Erddruck bei waagerechten Nutzlasten  

  61  

  Abb 2 13: Wirklichkeitsnahe Lastfiguren für gestützte Spund und Ortbetonwände  

  Abb 2 14: Wirklichkeitsnahe Lastfiguren für gestützte Trägerbohlwände  

  Abb 2 15: Ermittlung der Gesamtlast des aktiven Erddrucks bei teilweise bindigen  

  Abb 2 16: Lastbildermittlung für Ortbetonwände bei Ansatz des Erdruhedruckes  

  Abb 2 17: Wirkungen des Wassers auf Baugrubenkonstruktionen  

  Abb 2 18: Räumlicher Bruchkörper und passiver Erdwiderstand vor Bohlträgern  

  Abb 3 1:  

  Abb 3 2:  

  qualitativer Momentenverlauf wandartiger Tragwerke  82

  Abb 3 3:  

  Umströmung des Wandfußes in einer Baugrube  85

  Abb 3 4:  

  Aufnahme der Kraft C h k am Fuß einer im Boden eingespannten Wand  

  Abb 3 5:  

  Abb 5 1:  

  Abb 5 2:  

  Ermittlung des Widerstandes A mögl k beim Nachweis der Standsicherheit  

  in der tiefen Gleitfuge  171

  Abb 5 3:  

  Beispiele für Anker deren Kräfte nicht als Einwirkungen berücksichtigt werden  172

  Abb C 1:  

  Abb C 2:  

  Erddruckbeiwert K ach für ebene Gleitfläche bei 0  204

  Abb C 3:  

  Erddruckbeiwert K pgh für gekrümmte Gleitfläche bei  0

  nach Sokolovsky Pregl  205

  Abb C 4:  

  Abb C 5:  

Tabellenverzeichnis 14

  Tabellenverzeichnis  

  Tab 1 1:  

  Tab 1 2:  

  Tab 1 3:  

  Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen  34

  Tab 1 4:  

  Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände  35

  Tab 1 5:  

  Einstufung von geotechn Baumaßnahmen in Geotechnische Kategorien  36

  Tab 2 1:  

  Vor und Nachteile einer Trägerbohlwand  38

  Tab 2 2:  

  Vor und Nachteile einer Spundwand  40

  Tab 2 3:  

  Vor und Nachteile einer Schlitzwand  42

  Tab 2 4:  

  Vor und Nachteile einer Bohrpfahlwand  45

  Tab 2 5:  

  Tab 2 6:  

  Abkürzungsverzeichnis 15  

  Abkürzungsverzeichnis  

  Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ EAB  

  Empfehlung der EAB EB  

  Kommission der Europäischen Gemeinschaft KEG  

  CEN Comité Européen de Normalisation  

  EN Europäische Norm  

  EC Eurocode  

  DIN Deutsches Institut für Normung  

  TC Technisches Komitee  

  SC Subkomitee  

  ENV Europäische Vornorm  

  NAD nationales Anwendungsdokument  

  GZ Grenzzustand  

  Lastfall LF  

  EK Einwirkungskombination  

  SK Sicherheitsklassen  

  VOB Vergabe- und Vertragsordnung  

  (alte Bez.: Verdingungsordung für Bauleistungen)  

  Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen ATV  

  FEM Finite- Elemente- Methode  

  BGS Baugrubensohle  

Einleitung

Einleitung

Mit der Herausgabe der Empfehlungen verfolgt der Arbeitskreis „Baugruben“ seit der ersten Veröffentlichung 1970 die Ziele den Entwurf und die Berechnung von Baugrubenumschließungen zu erleichtern, Lastansätze und Berechnungsverfahren zu vereinheitlichen die Standsicherheit der Baugrubenkonstruktionen und ihrer Einzellteile sicherzustellen und die Wirtschaftlichkeit der Baugrubenkonstruktion zu verbessern. Die hier betrachtete 4. Auflage der Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ (EAB) beruht voll und ganz auf den Festlegungen der DIN 1054: 2005- 01, erweitert sie durch ergänzende Regeln und hat sich als „Allgemein anerkannte Regel der Technik“ be-

währt. 1 Die vorliegende Arbeit behandelt die Zusammenhänge und Hintergründe dieses Themas und versucht zunächst in allgemeiner Form eine zusammenfassende Darstellung aller grundlegenden auftretenden Fragen zu geben:

x Im ersten Kapitel wird auf die Entwicklung und Bedeutung des Eurocodes 7 und der DIN 1054 im Zusammenhang mit der Europäischen Normung und auf alle mit der damit verbundenen Umstellung vom Globalsicherheitskonzept auf das Teilsicherheitskonzept einhergehenden Neuerungen eingegangen.

x Um für den Leser im Vorfeld aus dem recht abstrakten System eines Baugrubenverbaus ein fassbares Bauwerk werden zu lassen, wird im Kapitel Zwei zunächst auf die Konstruktion der hauptsächlich angewandten Baugrubenverbauarten eingegangen, bevor im Folgenden die Lastansätze, grundlegende Rechenverfahren für die Erddruckberechnung und dessen Verteilung betrachtet werden.

Den Hauptteil stellt das Kapitel Drei zusammen mit dem Kapitel Vier dar: x In dem die Bemessung wandartiger Tragwerke und die damit einhergehende Ermittlung der Einbindetiefe, die Ermittlung der Schnittgrößen und die Nachweisführung beschrieben wird. Da die meisten Schwierigkeiten jedoch im Detail stecken und erst bei einer konkreten Berechnung von Beispielen offenbar werden, wird anhand von drei vollständig durchgerechneten Beispielen beschrieben wie zukünftig die Berechnung von Baugrubenwänden durchgeführt wird.

x Das Kapitel Vier beschäftigt sich mit der Bemessung von Trägerbohlwänden, die ebenfalls anhand eines komplett durchgerechneten Berechnungsbeispieles erläutert wird.

1 vgl. EAB (2006), Vorwort.

Einleitung x Das Kapitel Fünf betrachtet die Bemessung einer Verankerung mittels Verpressanker und festigt die erläuterten Erkenntnisse anhand der Fortsetzung eines der Berechnungsbeispiele.

x Abschließend wird im Kapitel Sechs auf die Berechnung der Einzelteile eingegangen und anhand einzelner Fortsetzungen der Berechnungsbeispiele überschlägige Bemessungen vorgenommen.

Mit der endgültigen bauaufsichtlichen Zulassung der, auf dem Teilsicherheitskonzept beruhenden, neuen DIN 1054 und dem Auslaufen der alten DIN 1054 1976- 11 zum 31. Dezember 2007 wird es für jeden im Bereich der Geotechnik tätigen Ingenieur Zeit, sich mit den neuen Regeln zu beschäftigen. 1 Und so denke ich, ist mit dieser Arbeit dem interessierten Leser eine zusammenfassende Arbeit an die Hand gegeben, die nicht nur die im Bereich der Baugrubensicherung, sondern im Bereich des gesamten Erd- und Grundbaus, auftretenden grundlegenden Fragen verstehen hilft.

1 vgl. Ziegler, M. (2006), Vorwort.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.1 Entwicklung der DIN 1054 und des Eurocodes 7

Im Auftrag der Kommission der Europäischen Gemeinschaft (KEG) wurde seit Mitte der 1970er Jahre durch das Europäische Komitee für Normung (Comité Européen de Normalisation, CEN) damit begonnen ein einheitliches europaweit geltendes Normenwerk zu erarbeiten. Ziel war die Harmonisierung des europäischen Binnenmarktes, der technischen Ausschreibung und der Beseitigung damit verbundener technischer Handelshindernisse im Bauwesen. Im Zuge dieser europäischen und internationalen Vereinheitlichung der unterschiedlichen nationalen Vorschriften wird auf lange Sicht auch ein wesentlicher Teil des jetzigen deutschen Normenwerkes für den Konstruktiven Ingenieurbau durch die Eurocodes (EC) 0- 9 abgelöst:

x EN 1990 EC 0

allgemein gültige Grundsätze

x EN 1991 EC 1

x EN 1992 EC 2

x EN 1993 EC 3

x EN 1994 EC 4

x EN 1995 EC 5

x EN 1996 EC 6

x EN 1997 EC 7

x EN 1998 EC 8

x EN 1999 EC 9

Für diese Normen des EC 0 bis EC 9 ist das Technische Komitee TC 250 zuständig. Es hat damit die Aufgabe ein einheitliches Sicherheitskonzept für das gesamte Bauwesen, das dem der Teilsicherheiten zugrunde liegt, zu erarbeiten.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Der Eurocode 7 wird wiederum durch das Unterkomitee CEN/ TC 250/ SC 7 erarbeitet

und gliedert sich in:

x Teil 1 Allgemeine Regeln, in deutscher Fassung in Form der DIN EN 1997- 1: 2005- 10 veröffentlicht, x Teil 2 Laborversuche zur geotechnischen Bemessung, in deutscher Fassung als Europäische Vornorm in Form der DIN V ENV 1997- 2: 1999- 09 veröffentlicht, x Teil 3 Felduntersuchungen zur geotechnischen Bemessung, in deutscher Fassung als Europäische Vornorm in Form der DIN V ENV 1997- 3: 1999- 10 veröffentlicht, x Teil 4 Ergänzende Regeln für besondere Gründungselemente und -bauwerke. Die Teile 2 und 3 werden jedoch zukünftig in einem Teil 2 „Erkundung und Untersu-

chung des Baugrunds“ zusammengefasst.

Eine Erarbeitung des Teils 4 wird nicht mehr weiter verfolgt. Stattdessen wird neben

dem TC 250 das TC 288 unter dem Überbegriff „Ausführung von besonderen geotech-

nischen Arbeiten (Spezialtiefbau)“ eine Reihe von Fachnormen erarbeiten: x DIN EN 1536

x DIN EN 1537 x DIN EN 1538

Schlitzwände x DIN EN 12 063 Spundwandkonstruktionen x DIN EN 12 699 Verdrängungspfähle x DIN EN 12 715 Injektionen x DIN EN 12 716 Düsenstrahlverfahren x DIN EN 12 794 Vorgefertigte Gründungspfähle aus Beton x DIN EN 14 199 Mikropfähle Diese Normen werden den Ausführungsteil der bisherigen Normen DIN 4014 „Bohr-

pfähle“, DIN 4026 „Rammpfähle“, DIN 4125 „Verpressanker, Kurzanker und Daueran-

ker“ und DIN 4128 „Verpresspfähle mit kleinem Durchmesser“ ersetzen, deren Berech-

nungsteile wiederum in der neuen DIN 1054 eingereiht werden.

Abb. 1.1: Organisation des europäischen Normeninstituts CEN 1

Um auch in der Geotechnik das Teilsicherheitskonzept, das durch die neue nationale Normengeneration bereits in nahezu allen Bereichen des konstruktiven Ingenieurbaus gültig ist, möglichst bald verbindlich einzuführen, wurde parallel zur europäischen Normung eine deutsche Normung vorangetrieben. Das Ergebnis, die neue DIN 1054, die mit der Fassung vom Januar 2005 bereits in der 2. Auflage erscheint, wird für den Bereich Geotechnik zusammen mit den Fachnormen des TC 288 die bisherige Fassung von November 1976 mit ihren Fachnormen ersetzen. Bis zur Einführung des Eurocodes wird sie, weitestgehend auf den EC 7 abgestimmt, als Übergangslösung dienen. Als ergänzende Berechnungsnormen kommen zudem folgende Normentwürfe hinzu: x E DIN 4017: 2001-06

Berechnung des Grundbruchwiderstandes von Flachgrün-

x EDIN 4084: 2002-11

x E DIN 4085: 2002-12

1 vgl. Ziegler, M. (2006), Bild 1-1, S. 1.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Bis Ende 2007 müssen zum EC 7 ein zugehöriges nationales Anwendungsdokument (NAD) erstellt werden. Welches die Aufgabe hat, die zum Teil recht allgemein gehaltenen Grundsätze in EC 7 länderspezifisch mit konkreten Inhalten zu hinterlegen. Alle Regeln die in DIN 1054: 2005 über den EC 7 hinausgehen, müssen in einer „Restnorm“ DIN 1054: 2007 als Ergänzungsnorm zusammengefasst werden. 1

Abb. 1.2: Zeitplan für die Einführung des Eurocodes DIN EN 1997-1, nach Schuppener (2005) 2

1.2 Sicherheitskonzepte

Sicherheit ist nur ein relatives Maß und kann nie absolut sein. Das Erkennen von Gefahr und deren Abwehr ist zur Schaffung dieser Sicherheit von höchster Bedeutung. Jedoch steht der Ingenieur bei der Errichtung eines sicheren Bauwerks im Spannungsfeld verschiedener gegeneinander konkurrierender Interessen und Ziele wie Wirtschaftlichkeit, Termineinhaltung, Ästhetik des Bauwerks, Beachtung der Umwelt und der Wahrung der eigenen Konkurrenzfähigkeit. 3 Mit dem endgültigem Auslaufen der DIN 1054 (1976) am 31. Dezember 2007 4 soll für Entwurf, Berechnung und Bemessung im Erd- und Grundbau das Teilsicherheitskonzept gelten und das bisherige Globalsicherheitskonzept abgelöst werden. Der rasante Fortschritt, Kostendruck und der damit verbundene raschere Vorstoß in technisches Neuland erlaubt es nicht mehr, Sicherheitsanforderungen wie beim Global-

1 vgl.EAB (2006), EB 105 (5).

2 vgl. Ziegler, M. (2005), Bild 1-2, S. 4.

3 vgl. Schmidt H.-H. (2001), S. 189.

4 nach DIN 1054 Berichtigung 1 (April 2005).

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

sicherheitskonzept aufgrund von Erfahrungswerten in den verschiedenen Teildisziplinen des Bauwesens empirisch festzulegen. Sicherheitsniveaus müssen rational und objektiv nachvollziehbar festgelegt werden und es muss die Möglichkeit eines Vergleichs der Sicherheitsniveaus der verschiedenen Bausparten geben. 1 Daher entschied man sich in den neuen europäischen Normengenerationen als Grundlage zur Entwicklung in sich geschlossener Bemessungsregeln für ein probabilistisches Sicherheitskonzept. In ihm wird das erforderliche Sicherheitsniveau für ein Bauwerk oder Bauteil dadurch erreicht, dass man allen genau analysierten Einflussgrößen entsprechend ihrer statistischen Streuung und entsprechend der möglichen Genauigkeit ihrer Ermittlung eigene Teilsicherheiten zuordnet.

Jedoch war diese probabilistische Sicherheitstheorie für die tägliche Praxis nur wenig geeignet, denn:

„Die Umsetzung der wissenschaftlichen Grundlagen in die praktische Bemessung über-fordert beim vorhandenen Ausbildungsstand die meisten der betroffenen Ingenieure.“ 2 „In den wenigsten Fällen liegen die erforderlichen statistischen Voraussetzungen vor.“ 3 „Es werden nur die Streuungen statistisch erfassbarer Einwirkungen und Widerstände berücksichtigt.“ 4 „Es muss anerkannt werden, dass eine probabilistische Formulierung von Bodenkennwerten eine schwierige Aufgabe darstellt, bei der eine einfache Übertragung der statistischen Methoden nicht zum Ziel führt.“ 5 Daher beruht abweichend vom ursprünglichen, die Wahrscheinlichkeitstheorie berücksichtigenden Sicherheitskonzept das neue Teilsicherheitskonzept auf einer pragmatischen Aufspaltung der bisher gebräuchlichen Globalsicherheiten in Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen bzw. Beanspruchungen und Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände. 6 Dabei geht man weiterhin davon aus, dass eine Versagenswahrscheinlichkeit von 1·10 -6 im Regelfall akzeptiert ist, dass also von einer Million gleichartigen und gleichartig belasteten Bauteilen eins versagt. Der Anwender hat also durch den Vergleich von einwirkenden und widerstehenden Größen nachzuweisen, dass der definierte Grenzzustand nicht erreicht wird.

1 vgl. Hanisch, J. (1998), S. 632.

2 nach Weißenbach, A. (1998), S. 639.

3 nach Weißenbach, A. (1998), S. 639.

4 nach Weißenbach, A. (1998), S. 639.

5 nach Fischer, L. (2001), S. 7.

6 vgl. EAB (2006), EB 77.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.1 Globales Sicherheitskonzept (alte DIN 1054: 1976)

Für die alte Normengeneration im Erd- und Grundbau, mit DIN 1054 (1976) und den Berechnungsnormen Grundbruch/ DIN 4017 (1979), Setzungen/ DIN 4019 (1979), Gelände- und Böschungsbruch/ DIN 4084 (1981) und Erddruck/ DIN 4085 (1987), galten fast ausschließlich globale Sicherheitsfaktoren . Hierbei wird das Verhältnis zwischen den maximalen ungünstigen Kräften oder Momenten (= charakteristische Einwirkungen F K bzw. Beanspruchungen E K ) und den minimalen günstigen Kräften oder Momenten (= charakteristische Widerstände R K ) gebildet. Die Sicherheit gegen Versagen eines Bauwerks oder Bauteils war nachgewiesen, wenn

R

K

t

K

F

K

eingehalten wurde.

Daraus ergeben sich folgende Vor- und Nachteile für die Arbeit mit dem globalen Si-

cherheitskonzept:

Tab. 1.1: Vor- und Nachteile des globalen Sicherheitskonzepts

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.2 Teilsicherheitskonzept (EC 7: 2005)

Um eine ausreichende Sicherheit nachzuweisen, müssen Grenzzustandsgleichungen

erfüllt werden. Das Teilsicherheitskonzept unterscheidet verschiedene Grenzzustände

der Tragfähigkeit, für die jeweils eigene Teilsicherheitsfaktoren gültig sind, und Grenz-

zustände der Gebrauchstauglichkeit. Es gilt im Allgemeinen, dass die Summe der Be-

messungswerte der Beanspruchung, die aus Bemessungswerten der Einwirkungen resul-

tieren, geringer als die Summe der Bemessungswerte der Widerstände sein muss.

1.2.2.1 Charakteristische Werte und Bemessungswerte

Um bei den Nachweisen der Grenzzustände dem probabilistischen Sicherheitskonzept

zu entsprechen, werden die Einwirkungen (Beanspruchungen) und die Widerstände

(Beanspruchbarkeiten) durch sogenannte „charakteristische Werte“ beschrieben. Es

wird zwischen charakteristischen Werten einer Baustoff- oder Produkteigenschaft (X k ),

einer Bauteileigenschaft (R k ), einer geometrischen Eigenschaft (a) und einer Einwir-

kung (F k ) unterschieden. Aus den charakteristischen Werten mit dem Index „k“ ergeben

sich durch Multiplikation bzw. Division mit den Teilsicherheitsbeiwerten die Bemes-

sungswerte mit dem Index „d“. Entsprechende Empfehlungen für Teilsicherheitsfakto-

ren sind dem Anhang A des EC 7-1 zu entnehmen.

Für den charakteristischen Wert einer Baustoff- und Produkteigenschaft definiert der

EC 0 den Wert, der mit einer bestimmten Auftretenswahrscheinlichkeit bei unbegrenz-

ter Probenzahl vorhanden ist. In der Geotechnik entsprechen diese Werte aufgrund der

meist nur sehr begrenzten Anzahl von Probenzahlen nur vorsichtigen Mittelwerten, ei-

genen Erfahrungswerten oder sog. Rechenwerten aus Tabellen. 1

Im Grundsatz sind sie aber so festzulegen, dass die Ergebnisse der damit durchgeführten

Berechnungen bzw. Nachweise auf der sicheren Seite liegen. 2

1 vgl. Schmidt H.-H. (2001), S. 192 in dem auf den EC 0 Bezug genommen wird; Tabellenwerte sind der DIN 1055, Teil 2 zu entnehmen.

2 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.5.2 (5).

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.2.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit

Folgende Grenzzustände der Tragfähigkeit sind definiert: 1

a) EQU (equilibrium): Gleichgewichtsverlust des als starrer Körper angesehenen

Tragwerkes oder des Baugrunds, wobei die Festigkeiten der Baustoffe und des Bau-

grunds für den Widerstand nicht entscheidend sind.

b) STR (structure): Inneres Versagen oder sehr große Verformung des Tragwerks oder

seiner Bauteile, einschließlich der Fundamente, Pfähle, Kellerwände usw., wobei

die Festigkeit der Baustoffe für den Widerstand entscheidend ist.

c) GEO (geotechnical failure): Versagen oder sehr große Verformung des Baugrunds,

wobei die Festigkeit der Locker- und Festgesteine für den Widerstand entscheidend

ist.

d) UPL (uplift): Gleichgewichtsverlust des Bauwerks oder Baugrunds infolge Auftrieb

durch Wasserdruck.

e) HYD (hydraulic failure): Hydraulischer Grundbruch, innere Erosion und Piping im

Boden, verursacht durch Strömungsgradienten.

Nachweis des statischen Gleichgewichts (EQU)

Das statische Gleichgewicht muss vorwiegend bei der konstruktiven Bemessung des

Tragwerks nachgewiesen werden. In der Geotechnik beschränkt sich der Nachweis auf

seltene Fälle wie die starre Gründung auf Fels.

Für den Nachweis der Lagesicherheit muss die Summe aus dem Bemessungswert der

stabilisierenden Beanspruchung (E stb;d ) und dem Bemessungswert des Scherwiderstan-

des (T d : falls einbezogen, von geringer Bedeutung) größer als der Bemessungswert der

destabilisierenden Beanspruchung (E dst,d ) sein. 2

d

E

1 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.

2 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.2.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Nachweis für konstruktive und geotechnische Grenzzustände bei ständigen und vorübergehenden Bemessungssituationen (STR & GEO)

Wenn das Versagen oder eine sehr große Verformung von Bauteilen oder des Baugrun-

des eines Tragwerks betrachtet wird, muss nachgewiesen werden, dass: 1

ER d

( 1 . 3 )

dd

E d Bemessungswert der Beanspruchung:

Die Teilsicherheitsbeiwerte können entweder auf die Einwirkung

Beanspruchung

R d Bemessungswiderstände:

Die Teilsicherheitsbeiwerte können entweder auf die Baugrundeigenschaft

auf die Widerstände

Nachweisverfahren

Auf welche Art und Weise die Gleichung (1.3) anzuwenden ist, wird im Eurocode

durch drei Nachweisverfahren festgelegt. 4 Diese Nachweisverfahren sind von den zu

untersuchenden Grenzzuständen GEO und STR vollständig entkoppelt, aber eng ver-

knüpft mit den Teilsicherheitsbeiwerten, da sich deren Auswahl nach den angewandten

Nachweisverfahren richtet bzw. ihre Kombination in den Nachweisverfahren 1, 2 und 3

unterschiedlich festgelegt wird. Ihre Gliederung erfolgt in Einwirkungen und Beanspru-

chungen (mit den Wertegruppen A1, A2), Baugrundkennwerte (mit den Wertegruppen

M1, M2) und Widerstände (mit den Wertegruppen R1- R4). 5 Dabei erfolgt keine Unter-

scheidung nach Lastfällen, wie es national vorgenommen werden kann. 6 Ablaufdia-

gramme für die 3 Verfahren sind im Anhang A dargestellt.

1 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.3.1.

2 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.3.2.

3 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.3.3.

4 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.3.4.1.

5 die Bez. A1- 2, M1- 2 und R1- 4 erschließt sich aus den Tabellen für die Teilsicherheitsbeiwerte nach EC 7 Anhang A.3.

6 vgl. Smoltczyk, (2005), S.93.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Nachweisverfahren bei Auftrieb (UPL)

Für den Nachweis bei Auftrieb muss der Bemessungswert der Kombination von desta-

bilisierenden ständigen und veränderlichen vertikalen Einwirkungen V dst;d kleiner oder

gleich der Summe des Bemessungswertes der stabilisierenden ständigen vertikalen

Einwirkungen G stb;d und des Bemessungswertes eines eventuellen zusätzlichen Auf-

triebswiderstandes R d sein. Die entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerte aus Anhang A.4

des EC 7-1 müssen in Gl. 1.4 angewendet werden. 1

VGR d

dst d stb d d ;;

mit

VGQ

( 1 . 4 b )

dst d dst d dst d ;;;

Nachweis des Widerstandes gegen einen hydraulischen Grundbruch (HYD)

Für den Nachweis des Widerstands gegen hydraulischen Grundbruch muss für jedes in

Frage kommende Bodenprisma der Bemessungswert des destabilisierenden totalen Po-

renwasserdrucks u dst;d an der Unterseite des Prismas oder die Strömungskraft S dst;d im

Prisma kleiner oder gleich den Bemessungswert der stabilisierenden totalen Vertikal-

spannung 1 stb;d an der Unterseite des Prismas oder des Auftriebsgewichts G` stb;d dessel-

ben Prismas sein. Die entsprechenden Teilsicherheitsbeiwerte aus Anhang A.5 des EC

7-1 müssen in Gl. 1.5 angewendet werden. 2

d

u

dst d ;;

oder

SG c

d

dst d ;;

1 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.4.

2 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.7.5.

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1.2.2.3 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

Durch den Nachweis der Sicherheit der Gebrauchstauglichkeit wird überprüft, ob die

Verformung den zulässigen Rahmen nicht überschreitet bzw. der Bemessungswert E d

einer Beanspruchung kleiner oder gleich dem Bemessungswert C d der Grenze einer Be-

anspruchung ist, die gerade noch zur im Gebrauchszustand maximal zulässigen Verfor-

mung führt. Die Einwirkungen werden hierbei nicht durch Teilsicherheitsbeiwerte er-

höht. 1

EC d

( 1 . 6 )

dd

In bestimmten Fällen darf zum Erreichen der geforderten Grenzwerte ein hinreichend

geringer Anteil der Bodenfestigkeit mobilisiert werden. 2

1.2.3 Teilsicherheitskonzept (neue DIN 1054: 2005)

Obwohl die DIN 1054 (2005) in enger Abstimmung mit dem EC 7-1 entstand, ent-

spricht sie nicht in allen Einzelheiten dem EC 7-1, widerspricht ihm aber auch nicht.

Es werden wie im EC 7-1 verschiedene Grenzzustände der Tragfähigkeit, und Grenzzu-

stand der Gebrauchstauglichkeit unterschieden.

1.2.3.1 Grenzzustände der Tragfähigkeit GZ 1

Die Überschreitung der hierdurch betrachteten Zustände führt zu einem Versagen von

Teilen des Bauwerks oder des Bauwerkes als Ganzes und bedeutet eine akute Gefähr-

dung von Menschen. Im Erd- und Grundbau unterscheidet die DIN 1054 (2005) anstelle

der im EC 7-1 definierten Grenzzustände EQU, UPL, HYD, STR und GEO folgende

drei Fälle:

a) GZ 1A beschreibt den Verlust der Lagesicherheit und betrifft folgende Standsicher-

heitsnachweise: 3

x Nachweis der Sicherheit gegen Umkippen (EQU) 4

x Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen (UPL) 5

x Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch (HYD) 6

1 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.8.

2 vgl. EC 7-1, Abs. 2.4.8 (4).

3 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 4.3.1.

4 bezieht sich auf EQU aus Abs. 1.2.2.2.

5 bezieht sich auf UPL aus Abs. 1.2.2.2.

6 bezieht sich auf HYD aus Abs. 1.2.2.2.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Der GZ 1A kennt keine Widerstände, nur destabilisierende Einwirkungen F k , die mit

dem Teilsicherheitsbeiwert dst • 1 multipliziert werden, und die stabilisierenden

Einwirkungen G k , die mit den Teilsicherheitsbeiwerten stb < 1 multipliziert werden.

Folgender Nachweis muss erfüllt werden:

J

˜

FF

dk

Um die Grenzzustände der DIN 1054 (2005) in die Terminologie des EC 7-1 zu über-

tragen, muss der Grenzzustand GEO 1 in GEO 2 und GEO 3 aufgeteilt werden. 2

GEO 2 beschreibt das Versagen oder sehr große Verformung des Baugrundes im

Zusammenhang mit der Ermittlung der Schnittgrößen und der Abmessungen.

GEO 3 beschreibt dagegen das Versagen oder sehr große Verformung des Baugrun-

des im Zusammenhang mit dem Nachweis der Gesamtfestigkeit.

b) GZ 1B beschreibt das Versagen von Bauwerken und Bauteilen. Folgende zwei For-

men werden im Grundbau unterschieden: 3

x Nachweis der Tragfähigkeit von Bauwerken und Bauteilen, die durch den Bau-

grund belastet bzw. durch den Baugrund gestützt sind. Der Nachweis entspricht

ohne Einschränkung dem Grenzzustand STR 4 .

x Der Nachweis, dass die Tragfähigkeit des Baugrunds bei Inanspruchnahme der

Scherfestigkeit beim Erdwiderstand, beim Gleitwiderstand, beim Grundbruch-

widerstand und beim Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge nicht

überschritten wird entspricht dem Grenzzustand GEO 2.

Die DIN 1054 (2005) stützt sich hierbei auf das im EC 7-1 angebotene Nachweis-

verfahren 2, 5 in dem die Teilsicherheitsbeiwerte auf die Einwirkungen oder Bean-

spruchungen und auf die Widerstände des Baugrundes angewendet werden. Dabei

dürfen die charakteristischen Schnittgrößen E k multipliziert mit den Teilsicherheits-

beiwerten F die charakteristischen Widerstände R k dividiert durch den Teilsicher-

heitsbeiwert R nicht überschreiten.

˜d

EE

dk

1 bezieht sich auf Abs. 1.2.2.2.

2 vgl. EAB (2006), EB 105 (7).

3 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 4.3.2.

4 bezieht sich auf Abs. 1.2.2.2.

5 siehe hierzu auch Anhang A.2.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

c) GZ 1C beschreibt den Verlust der Gesamtsicherheit 1 und entspricht damit dem

Grenzzustand GEO 3 und betrifft folgende Standsicherheitsnachweise:

x Nachweis der Sicherheit gegen Böschungsbruch

x Nachweis der Sicherheit gegen Geländebruch

Auch hierbei gilt, dass der Bemessungswert E d der Beanspruchung nicht größer als

der Bemessungswert R d der Widerstände werden darf.

ER d

( 1 . 9 )

dd

Die DIN 1054 (2005) stützt sich hierbei auf das im EC 7-1 angebotene Nachweis-

verfahren 3, 2 in dem die Teilsicherheitsbeiwerte auf die Einwirkungen oder Bean-

spruchungen des Tragwerkes und auf die Baugrundkenngrößen angewendet werden.

Dabei werden die geotechnischen Einwirkungen und Widerstände mit Bemessungs-

werten der Scherfestigkeit ermittelt.

für Reibung tan

für Kohäsion

1.2.3.2 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit GZ 2

Die Überschreitung der hier betrachteten Zustände bedeutet zwangsläufig eine Ein-

schränkung oder gar den Verlust der planmäßigen Nutzungsfähigkeit des Bauwerkes.

Typische Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit sind Verformungen, Eigenschwin-

gungen oder Beanspruchungen, die im Laufe der Zeit die Dauerhaftigkeit beeinflussen.

Bei Baugrubenkonstruktionen sind benachbarte Bauwerke und bauliche Anlagen mit

einzubeziehen. 3

In der Regel ist zu überprüfen, ob die eintretenden Verformungen oder Verschiebungen

schadlos vom Bauwerk aufgenommen werden können. Für den Nachweis sind Größe,

Dauer und Häufigkeit der charakteristischen Einwirkungen (d.h. Teilsicherheitsbeiwerte

von 1,0) zu berücksichtigen. 4

1 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 4.3.3.

2 siehe hierzu auch Anhang A.3.

3 EAB (2006), EB 78 (6).

4 vgl. DIN 1054 (2005) , Abs. 4.4 (1)- (3).

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.3.3 Einwirkungen, Beanspruchungen und Einwirkungskombinationen

Nach Weißenbach, A./ Hettler, A. (2003) Abs. 2.1 bewirken Einwirkungen Beanspru-

chungen. Charakteristische Einwirkungen F k sind Gründungslasten 1 , Grundbauspezifi-

sche Lasten 2 (Eigenlast von Grundbauwerken, Erddruck, Wasserdruck…) und dynami-

schen Lasten 3 (aus Verkehrslasten, Anprall- und Stoßlasten oder Erdbeben). Charakte-

ristische Beanspruchungen E k 4 sind die Summe der Auswirkungen aus den einzelnen

Einwirkungen in Form von Schnittgrößen, Spannungen oder Verformungen. Dabei

werden ständige (Index „G“) und veränderliche Lasten (Index „Q“) unterschieden.

Einwirkungskombinationen (EK) berücksichtigen die Möglichkeit des gleichzeitigen

Auftretens von den unterschiedlichen Einwirkungen.

Die DIN 1054 (2005) unterscheidet dabei: 5

a) Regelkombination EK 1: ständige sowie während der Funktionszeit des Bauwerkes

regelmäßig auftretende Einwirkungen,

b) Seltene Kombination EK 2: neben den Einwirkungen der Regelkombination zuzüg-

lich selten oder einmalig planmäßig auftretende Einwirkungen,

c) Außergewöhnliche Kombination EK 3: neben den Einwirkungen der Regelkombi-

nation zuzüglich eine gleichzeitig mögliche außergewöhnliche Einwirkung die sich

insbesondere bei Katastrophen oder Unfällen ergeben kann.

1 siehe hierzu DIN 1054 (2005), Abs. 6.1.2.

2 siehe hierzu DIN 1054 (2005), Abs. 6.1.3.

3 siehe hierzu DIN 1054 (2005), Abs. 6.1.4.

4 siehe hierzu DIN 1054 (2005), Abs. 6.1.5.

5 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 6.3.1.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.3.4 Widerstände und Sicherheitsklassen

Widerstände 1 resultieren aus der Festigkeit bzw. der Steifigkeit der Baustoffe oder des

Baugrundes und können in Form von Scherfestigkeiten, Steifigkeiten, Sohl-, Erd-,

Eindring-, Herauszieh- und Seitenwiderständen auftreten.

In Abhängigkeit von Dauer und Häufigkeit der maßgebenden Einwirkungen berücksich-

tigen die Sicherheitsklassen (SK) den unterschiedlichen Sicherheitsanspruch bei Wider-

ständen. Die DIN 1054 (2005) unterscheidet dabei: 2

a) SK 1: Zustände während der Funktionszeit des Bauwerkes,

b) SK 2: Zustände, die während der Bauzeit, der Reparatur oder anderer

Baumaßnahmen neben dem Bauwerk eintreten,

c) SK 3: Zustände, die während der Funktionszeit des Bauwerkes einmalig oder

voraussichtlich nie eintreten.

1.2.3.5 Lastfälle (LF)

Die Lastfälle wiederum werden für den GZ 1 aus den Einwirkungskombinationen (EK)

in Verbindung mit den Sicherheitsklassen (SK) bei den Widerständen gebildet.

Die DIN 1054 (2005) unterscheidet dabei drei Lastfälle: 3

a) Lastfall LF 1: EK 1 in Verbindung mit Zustand der SK 1. Entspricht der „ständigen

Bemessungssituation“ der DIN 1055-100:2001-03, 9.3 (1),

b) Lastfall LF 2: EK 2 in Verbindung mit Zustand der SK 1 oder EK 1 in Verbindung

mit Zustand der SK 2. Entspricht der „vorübergehenden Bemessungssituation“ der

DIN 1055-100:2001-03, 9.3 (1),

c) Lastfall LF 3: EK 3 in Verbindung mit Zustand der SK 2 oder EK 2 in Verbindung

mit Zustand der SK 3. Entspricht der „außergewöhnlichen Bemessungssituation“

der DIN 1055-100:2001-03, 9.3 (1).

1 siehe hierzu DIN 1054 (2005), Abs. 6.2.

2 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 6.3.2.

3 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 6.3.3 (1).

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Tab. 1.2: Lastfälle 1

Damit gehören Baugrubenkonstruktionen zur Sicherheitsklasse SK 2. In Anlehnung an

die beiden damit möglichen Lastfälle LF 2 und LF 3, ordnet die EAB (2006) in der

EB 24 die Einwirkungen 2 und Widerstände 3 folgendermaßen:

a) Regelfall: entspricht LF 2*

b) Sonderfall: entspricht LF 2/3**

c) Ausnahmefall: entspricht LF 3*

* Die Teilsicherheitsbeiwerte entsprechen denen der DIN 1054 (2005) Tab. 2.

4

** Die Teilsicherheitsbeiwerte werden aus denen von LF 2 und LF 3 interpoliert.

1 vgl. Schmidt H.-H. (2006), Tab. 8.1.

2 siehe hierzu auch EAB (2006), EB 79 (1).

3 siehe hierzu auch EAB (2006), EB 79 (5).

4 hierfür sind laut EB 79 (2) die Tabellen aus Anhang A 6 der EAB (2006) zu nutzen.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

1.2.3.6 Teilsicherheitsbeiwerte

Die für die Nachweisführung nach dem Teilsicherheitskonzept benötigten Bemes-

sungswerte der Einwirkungen, Beanspruchungen und Widerstände ergeben sich durch

Multiplikation bzw. Division ihrer charakteristischen Werte mit den entsprechenden

Teilsicherheitsbeiwerten.

Mit der endgültigen Einführung des EC 7-1 dürfen die Zahlenwerte der Teilsicherheits-

beiwerte im NAD von den Nationalen Normungskomitees selber festgelegt werden. 1 In

der DIN 1054 (2005) sind sie im Abs. 6.4 festgelegt. Die Größe der Teilsicherheitsbei-

werte für die entsprechenden Grenzzustände richtet sich hier nach den Lastfällen.

Tab. 1.3: Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen 2

1 durch entsprechende Anmerkungen im EC 7-1 Abs. 2.4.6 und 2.4.7 geregelt.

2 vgl. DIN 1054 (2005), Tabelle 2.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Tab. 1.4: Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände 1

1.2.3.7 Bodenkenngrößen und Geotechnische Kategorien

Bodenkenngrößen beschreiben die Baugrundeigenschaften einer Bodenschicht. Sie

werden durch geotechnische Untersuchungen und damit verbundene Berechnungen und

Überwachungsmaßnahmen, die in Anlehnung an die DIN 4020 (2003) durchgeführt

werden, festgelegt. Deren Mindestanforderungen richtet sich wiederum nach der Geo-

technischen Kategorie, die entsprechend dem Schwierigkeitsgrad bzw. dem Sicher-

heitsbedürfnis der Baumaßnahme entsprechend der Tab. 1.5 bestimmt wird. 2

Liegen keine entsprechenden bodenmechanischen Laborversuche vor und reichen die

vorhanden Boohrergebnisse oder Erfahrungen aber aus die anstehenden Böden entspre-

chend der DIN 4022 und DIN 18196 zu benennen und zu klassifizieren, können die

benötigten charakteristischen Bodenkenngrößen nach EAB (2006), EB 2, unter in

1 vgl. DIN 1054 (2005), Tabelle 3.

2 vgl. DIN 1054 (2005), Abs. 4.2.

1 Einführung in die neue DIN 1054 & EC7

Abs. 7 bis 9 festgelegten Voraussetzungen, auch aus entsprechenden Tabellen der An-

hänge A3 und A4 der EAB (2006) 1 festgelegt werden.

Die wichtigsten für die Standsicherheitsnachweise benötigten Bodenkenngrößen sind

die Wichte des Bodens und seine Scherfestigkeit, die sich in der Regel in einen Rei-

bungsteil (Reibungswinkel 3`) und einen Kohäsionsteil (Kohäsion c`) aufteilt.

Tab. 1.5: Einstufung von geotechn. Baumaßnahmen in Geotechnische Kategorien 2

Weitere Angaben für die Zuordnung zu geotechnischen Kategorien sind in Abs. 7.2,

8.2, 9.2 und 10.2 der DIN 1054 (2005) und in Abs. 6.2.2 bzw. Anhang A der DIN 4020

(2002) zu finden.

1 sind in Anlehnung an die E DIN 1055- 2 (2003) entstanden.

2 vgl. Feiser, J. (2004), Tafel 1; vgl. Möller, G. (2004), Abs. 3.6 und 3.7, S. 28ff.

2 Grundlagen für die Bemessung der Baugrubensicherungsmaßnahmen

2 Grundlagen für die Bemessung der

Baugrubensicherungsmaßnahmen

2.1 Hinweise zur Konstruktion von Baugrubenverbauten

2.1.1 Allgemein

Beengte Verhältnisse in Städten, tiefe Nutzung von Grundstücken und immer größere

Dimensionierung von Bauwerken macht den Einsatz von Baugrubenverbauten notwen-

dig. Im Hinblick auf die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Baugruben und

aller benachbarten Bauwerke während aller Bauzustände, die Wirtschaftlichkeit, der

Arbeitssicherheit und dem Umweltschutz ist der Anspruch an den Entwurf, die Berech-

nung und Ausführung von Baugruben und allen damit verbundenen Sicherungsmaß-

nahmen zu einer anspruchsvollen Aufgabe geworden. Dabei sind die Baugrund- und

Grundwasserverhältnisse, die bodenmechanischen Eigenschaften des Baugrundes der

Platzbedarf der Baumaßnahme, Gründungstiefe und die Setzungsempfindlichkeit, Ab-

stand und Lasten aller angrenzenden baulichen Anlagen und Verkehrsflächen zu be-

rücksichtigen.

In der DIN 4124 (2002), Abs. 8. sind folgende Stützwände für den Baugrubenverbau

genannt:

x Trägerbohlwände

x Spundwände

x Massive Verbauarten

Hierbei werden die beim Aushub freizulegenden Erdwände der Baugrube flächig durch

Verbauelemente gesichert und bei einer angestrebten geringen Verformung der Baugru-

benwände durch Steifen, Gurtung oder Ankern gesichert.

Die Wahl der Verbauart und Ausbildung der Sicherungsmaßnahmen hängt im großen

Maße davon ab, inwieweit sich eine Baugrubenwand während aller Bauzustände bewe-

gen und verformen darf. 1

1 vgl. EAB (2006), EB 8 (1).

2 Grundlagen für die Bemessung der Baugrubensicherungsmaßnahmen

2.1.2 Trägerbohlwände

Trägerbohlwände bestehen aus vertikal angeordneten Traggliedern im Abstand von et-

wa 1- 3 m und einer waagerecht gespannten Ausfachung. Als Tragglieder dienen in der

Regel gerammte, mit Schwingbär eingerüttelte oder in vorgebohrte Löcher gesetzte

Stahlprofile. Es können aber auch Bohrrohre oder Bohrpfähle mit entsprechenden Vor-

richtungen zur Lagerung der Ausfachung zum Einsatz kommen. Die Ausfachung kann

außer aus Holzbalken auch aus Kanaldielen, Stahlbetonfertigteilen, Ortbeton oder

Spritzbeton bestehen. Im Grundsatz gilt für die Ausfachung aber, dass ihre Einzelteile

so lang sein müssen, dass sie auf jeder Seite mindestens auf einem Fünftel der Flansch-

breite aufliegen, fest und unverschiebbar gegen den Boden gepresst werden (z.B. durch

Keile) und stets dem Aushub folgend eingebaut wird. 1

Zur Abstützung dienen Steifen oder Anker, die an eine mit den Trägern verbundene

horizontale Gurtung angeschlossen sind. Zur Sicherung des Bohlträgerbestandes und als

konstruktive Maßnahme gegen Ausfall einer Steife oder eines Ankers sind die Bohlträ-

ger entweder durch eine durchgehende obere Gurtung oder durch durchgehend mitein-

ander verbundene Stahlprofile im Wandkopfbereich miteinander zu verbinden. 2

Tab. 2.1: Vor- und Nachteile einer Trägerbohlwand

1 vgl. DIN 4124 (2002), Abs. 8.2.3 und 8.2.4.

2 vgl. DIN 4124 (2002), Abs. 8.2.9.

3 Dörken, W.; Dehne, E. (2005), Abs. 1.12, S. 51.

4 vgl. EAB (2006), EB 8 (1).

2 Grundlagen für die Bemessung der Baugrubensicherungsmaßnahmen

2.1.3 Spundwände (Stahl)

Spundwände bestehen überwiegend aus senkrecht eingerammten, einvibrierten oder

eingepressten Stahlwalzprofilen 1 , die über Schlossverbindungen zu einer nahezu

wasserundurchlässigen, vollflächigen Baugrubenumschließung aneinandergefügt wer-

den.

Abb. 2.1: Profile von Spundbohlen verschiedener Hersteller 2

Sofern nicht jede Doppelbohle für sich gestützt wird oder bei Stützung nur bei jeder

zweiten Doppelbohle ein Nachweis der Lastübertragung geführt wird, dürfen die zur

Abstützung dienenden Steifen und Anker nur gegen Zangen und Gurte gesetzt werden. 3

Angaben z.B. zum Entwurf, zum Schweißen und Einbau oder zum Abdichten von

Schlossfugen sind in der DIN EN 12063 (1999) sowie in den Handbüchern der Spund-

wandhersteller enthalten. Daneben sind technische Lieferbedingungen wie z.B. Abmes-

sung oder statische Werte verschiedener Profile in DIN EN 10248-1 (1995) und DIN

EN 10249-1 (1995) oder in Tabellenbüchern (z.B. In: Schneider, Franke, D. (2006),

Tafel 11.75) aufgeführt.

1 siehe hierzu Abb. 2.1.

2 vgl. Möller, G. (2006), Bild 10-4, S. 321.

3 vgl. DIN 4124 (2002), Abs. 8.1.5.

2 Grundlagen für die Bemessung der Baugrubensicherungsmaßnahmen

Tab. 2.2: Vor- und Nachteile einer Spundwand

1 vgl. Möller, G. (2006).

2 vgl. EAB (2006), EB 8 (1).