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 anhand 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.
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG IN DIE NEUE DIN 1054 & EC7
1.1 Entwicklung der DIN 1054 und des Eurocodes 7
1.2 Sicherheitskonzepte
1.2.1 Globales Sicherheitskonzept (alte DIN 1054: 1976)
1.2.2 Teilsicherheitskonzept (EC 7: 2005)
1.2.2.1 Charakteristische Werte und Bemessungswerte
1.2.2.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit
1.2.2.3 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit
1.2.3 Teilsicherheitskonzept (neue DIN 1054: 2005)
1.2.3.1 Grenzzustände der Tragfähigkeit GZ 1
1.2.3.2 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit GZ 2
1.2.3.3 Einwirkungen, Beanspruchungen und Einwirkungskombinationen
1.2.3.4 Widerstände und Sicherheitsklassen
1.2.3.5 Lastfälle (LF)
1.2.3.6 Teilsicherheitsbeiwerte
1.2.3.7 Bodenkenngrößen und Geotechnische Kategorien
2 GRUNDLAGEN FÜR DIE BEMESSUNG DER BAUGRUBENSICHERUNGSMAßNAHMEN
2.1 Hinweise zur Konstruktion von Baugrubenverbauten
2.1.1 Allgemein
2.1.2 Trägerbohlwände
2.1.3 Spundwände (Stahl)
2.1.4 Massive Baugrubenwände
2.1.4.1 Schlitzwände
2.1.4.2 Bohrpfahlwände
2.1.5 Stützung von Baugruben
2.1.5.1 Aussteifung
2.1.5.2 Verankerung
2.1.5.3 Gurtung
2.2 Statische Systeme
2.3 Grundlagen der Erddruckberechnung nach E DIN 4085 (2002)
2.3.1 Allgemeines
2.3.2 Winkeldefinition
2.4 Einwirkungen und Beanspruchungen
2.4.1 Lastannahmen
2.4.2 Aktiver Erddruck- Ebener Fall
2.4.2.1 Allgemeine rechnerische Verfahren
2.4.2.2 Verteilung des aktiven Erddruckes nach EB 69 & EB 70
2.4.2.3 Aktiver Erddruck bei Baugruben neben Bauwerken
2.4.2.4 Aktiver Erddruck bei geschichtetem Boden
2.4.3 Erhöhter aktiver Erddruck (verminderter Erdruhedruck)
2.4.4 Aktiver Erddruck- Räumlicher Fall
2.4.5 Erdruhedruck
2.4.5.1 Allgemeine rechnerische Verfahren
2.4.5.2 Verteilung des Erdruhedruckes nach EB 23
2.4.5.3 Erdruhedruck aus senkrechten oder waagerechten Bauwerkslasten nach EB 18
2.4.6 Wasserdruck
2.4.6.1 Umströmung des Wandfußes
2.4.6.2 Am Strömen gehindertes Wasser
2.5 Widerstände
2.5.1 Passiver Erddruck (Erdwiderstand)- Ebener Fall
2.5.2 Passiver Erddruck (Erdwiderstand)- Räumlicher Fall
3 BEMESSUNG WANDARTIGER TRAGWERKE
3.1 Ermittlung der Einbindetiefe nach EB 80
3.1.1 Iterative Lösung
3.1.2 Rechnerunterstützte Handrechnung
3.1.3 Nomogrammverfahren nach Blum
3.2 Ermittlung der Schnittgrößen nach EB 82
3.2.1 Auflagerkräfte
3.2.2 Biegelinie und maximales Moment
3.3 Verfahren zur Ermittlung von Schnittgrößen und Einbindetiefen mehrfach gestützter Baugrubenwände
3.3.1 Berechnung mit Elastizitätstheorie und Traglastverfahren unter vereinfachten Berechnungsansätzen nach EB 27
3.3.2 Bettungsmodulverfahren und die Finite- Elemente- Methode nach EB 102 und EB 103
3.4 Nachweis der Tragfähigkeit GZ 1
3.4.1 Nachweis der Lagesicherheit GZ 1A
3.4.1.1 Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch nach EB 61
3.4.1.2 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EB 62
3.4.2 Nachweis der Standsicherheit GZ 1B
3.4.2.1 Nachweis des Erdauflagers nach EB 80
3.4.2.2 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes nach EB 9
3.4.2.3 Nachweis des Einbindetiefenzuschlages nach EB 26
3.4.2.4 Nachweis der Abtragung der Vertikalkomponente in den Untergrund nach EB 84
3.4.3 Nachweis der Gesamtstandsicherheit GZ 1C
3.5 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit GZ 2
3.5.1 Allgemein
3.5.2 Bedeutung
3.5.3 Vergleich der Methoden zur Ermittlung der Verformungen
3.5.4 Beobachtungsmethode
3.6 Berechnungsbeispiel 1 - einfach gestützte und im Boden frei aufgelagerte Wände
3.6.1 Aufgabe
3.6.2 Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand
3.6.3 Vorbemessung der erforderlichen Einbindetiefe t0 durch rechnerunterstützte Handrechnung
3.6.4 Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen unterhalb der BGS mit dem ermittelten t0
3.6.5 Ermittlung des charakteristischen Erdwiderstandes mit dem ermittelten t0
3.6.6 Ermittlung der Auflagerkräfte und des maximalen Moments
3.6.7 Bemessung eines Spundwandprofils
3.6.8 Nachweis des Erdauflagers
3.6.9 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes nach EB 9
3.6.10 Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84
3.6.11 Durchbiegung
3.6.12 Fußverschiebung
3.6.13 Gesamtverschiebung
3.7 Berechnungsbeispiel 2 - nicht gestützte, im Boden eingespannte Wände
3.7.1 Aufgabe
3.7.2 Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand
3.7.3 Vorermittlung der Einbindetiefe t1
3.7.4 Ermittlung der wirksamen Wichte infolge Strömung mit dem ermittelten t1
3.7.5 Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand mit dem ermittelten t1
3.7.6 Ermittlung der Auflagerkräfte
3.7.7 Ermittlung des maximalen Moments
3.7.8 Nachweis des Erdauflagers
3.7.9 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes nach EB 9
3.7.10 Nachweis des Einbindetiefenzuschlags nach EB 26
3.7.11 Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84
3.7.12 Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch nach EB 61
3.8 Berechnungsbeispiel 3 - einfach gestützte und im Boden eingespannte Wände
3.8.1 Aufgabe
3.8.2 Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand
3.8.3 Vorermittlung der Einbindetiefe t1 mit dem Nomogrammverfahren
3.8.4 Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen unterhalb der BGS mit dem ermittelten t1
3.8.5 Ermittlung der charakteristischen Erdwiderstände mit dem ermittelten t1
3.8.6 Ermittlung der Auflagerkräfte
3.8.7 Ermittlung des maximalen Moments
3.8.8 Nachweis des Erdauflagers
3.8.9 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes nach EB 9
3.8.10 Nachweis des Einbindetiefenzuschlags nach EB 26
3.8.11 Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84
4 BEMESSUNG VON TRÄGERBOHLWÄNDEN
4.1 Allgemein
4.2 Berechnungsalgorithmus
4.3 Gleichgewicht der Horizontalkräfte bei Trägerbohlwänden nach EB 15
4.4 Berechnungsbeispiel 4 - einfach gestützte und im Boden frei aufgelagerte Trägerbohlwand
4.4.1 Aufgabe
4.4.2 Ermittlung von Erddruck und Erdwiderstand
4.4.3 Ermittlung der Schnittgrößen
4.4.4 Bemessung der Bohlträger
4.4.5 Berechnung des Erdwiderstandes im Bereich der Einbindetiefe
4.4.6 Nachweis des Erdauflagers
4.4.7 Nachweis des Gleichgewichts der Horizontalkräfte nach EB 15
4.4.8 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstandes nach EB 9
4.4.9 Nachweis Abtragung der Vertikalkräfte in den Untergrund nach EB 84
5 VERANKERUNG MIT VERPRESSANKERN
5.1 Nachweis der Kraftübertragung von der Verankerung auf das Erdreich nach EB 43
5.1.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 3:
5.2 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge nach EB 44
5.2.1 Allgemein
5.2.2 Einfach verankerte wandartige Tragwerke
5.2.3 Mehrfach verankerte wandartige Tragwerke
5.2.4 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 3:
5.3 Nachweis der Geländebruchsicherheit nach EB 45
6 BEMESSUNG UND NACHWEIS DER EINZELTEILE
6.1 Allgemein
6.2 Tragfähigkeit der Ausfachung von Trägerbohlwänden nach EB 47
6.2.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 4:
6.3 Tragfähigkeit von Bohlträgern nach EB 48
6.3.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 4:
6.4 Tragfähigkeit von Spundwänden nach EB 49
6.4.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 1:
6.5 Tragfähigkeit von Ortbetonwänden nach EB 50
6.5.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 3:
6.6 Tragfähigkeit von Gurten nach EB 51
6.7 Tragfähigkeit von Steifen nach EB 52
6.7.1 Berechnungsbeispiel- Fortsetzung Beispiel 1:
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit stellt eine systematisierte und zusammenfassende Darstellung aller wesentlichen Fragestellungen beim Entwurf standsicherer Baugrubenkonstruktionen unter Anwendung der neuen Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ (EAB, 2006) dar. Das Hauptziel ist die Erstellung eines Lehrskriptes, das die Umstellung vom alten globalen Sicherheitskonzept auf das neue Teilsicherheitskonzept nach DIN 1054 und Eurocode 7 erläutert und anhand von Berechnungsbeispielen die praktische Anwendung verdeutlicht.
- Umstellung auf das Teilsicherheitskonzept nach DIN 1054 und EC 7
- Methodische Grundlagen der Erddruck- und Erdwiderstandsberechnung
- Konstruktive Ausbildung und Bemessung von Verbauwänden
- Standsicherheitsnachweise für verschiedene statische Systeme
- Berechnungsbeispiele für Spundwände, Trägerbohlwände und Bohrpfahlwände
Auszug aus dem Buch
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 η. Hierbei wird das Verhältnis zwischen den maximalen ungünstigen Kräften oder Momenten (= charakteristische Einwirkungen FK bzw. Beanspruchungen EK) und den minimalen günstigen Kräften oder Momenten (= charakteristische Widerstände RK) gebildet. Die Sicherheit gegen Versagen eines Bauwerks oder Bauteils war nachgewiesen, wenn η = RK / FK ≥ 1,05...2,0 eingehalten wurde.
Daraus ergeben sich folgende Vor- und Nachteile für die Arbeit mit dem globalen Sicherheitskonzept: Vorteile: Seine Einfachheit und leichte Überschaubarkeit haben sich in der Praxis bewährt. Errechnete Einwirkungen können in voller Größe auftreten. Mögliche Widerstände werden nicht ausgenutzt. Das Verhältnis der charakteristischen Widerstände und den charakteristischen Einwirkungen muss stets größer als 1,05 sein. Nachteile: Für unterschiedliche Nachweise (z.B. Gleiten, Kippen, Auftrieb, Hydraulischer Grundbruch, Böschungssicherheit, Grundbruch) gibt es unterschiedliche Sicherheitsfaktoren. Einwirkungen und Widerstände werden nicht konsequent getrennt. Die sehr unterschiedliche Varianz der beteiligten Größen bleibt unberücksichtigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINFÜHRUNG IN DIE NEUE DIN 1054 & EC7: Dieses Kapitel erläutert die Umstellung der geotechnischen Bemessung vom globalen Sicherheitskonzept auf das neue Teilsicherheitskonzept im Kontext der europäischen Normung.
2 GRUNDLAGEN FÜR DIE BEMESSUNG DER BAUGRUBENSICHERUNGSMAßNAHMEN: Hier werden die verschiedenen Verbauarten, statischen Systeme sowie die theoretischen Grundlagen der Erddruck- und Erdwiderstandsberechnung dargestellt.
3 BEMESSUNG WANDARTIGER TRAGWERKE: Der Hauptteil beschreibt detailliert die Berechnung der Einbindetiefe und Schnittgrößen wandartiger Tragwerke und illustriert dies anhand von drei ausführlichen Berechnungsbeispielen.
4 BEMESSUNG VON TRÄGERBOHLWÄNDEN: Dieses Kapitel behandelt die spezifischen Besonderheiten bei der Bemessung von Trägerbohlwänden, inklusive eines Berechnungsbeispiels zur Ausfachung und den Bohlträgern.
5 VERANKERUNG MIT VERPRESSANKERN: Hier stehen die Bemessung von Ankern sowie die Nachweise für die Kraftübertragung ins Erdreich und die Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge im Fokus.
6 BEMESSUNG UND NACHWEIS DER EINZELTEILE: Das abschließende Kapitel widmet sich der konkreten Biegebemessung und dem Nachweis der Einzelbauteile, wie Bohrtäger, Spundbohlen, Gurte und Steifen.
Schlüsselwörter
Baugrubensicherung, EAB, DIN 1054, Teilsicherheitskonzept, Erddruck, Erdwiderstand, Einbindetiefe, Schnittgrößen, Spundwand, Trägerbohlwand, Bohrpfahlwand, Verpressanker, Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, Geotechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Diplomarbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der Berechnung von Baugrubensicherungen unter Anwendung der Empfehlungen des Arbeitskreises „Baugruben“ (EAB 2006) und der neuen DIN 1054.
Welche zentralen Themenfelder behandelt das Werk?
Zentrale Felder sind das Teilsicherheitskonzept, die Grundlagen der Erddruckberechnung, die Konstruktion und statische Berechnung wandartiger Tragwerke sowie die Bemessung von Einzelteilen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Erstellung eines systematischen Skriptes für Lehrzwecke, das Ingenieuren die Umstellung und Anwendung des Teilsicherheitskonzepts in der Geotechnik erleichtert.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Darstellung verwendet?
Die theoretischen Grundlagen werden zunächst erläutert und anschließend durch eine Vielzahl vollständig durchgerechneter Berechnungsbeispiele in die Praxis überführt.
Was steht im inhaltlichen Fokus des Hauptteils?
Der Fokus liegt auf der Ermittlung der Einbindetiefe, der Bestimmung von Schnittgrößen für verschiedene statische Systeme und der Nachweisführung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Neben den rechtlichen Normen wie EAB und DIN 1054 sind vor allem Begriffe wie Erddruck, Bodenkenngrößen, Trägerbohlwand und Teilsicherheitskonzept prägend.
Wie unterscheidet sich die Berechnung für Trägerbohlwände von anderen Systemen?
Bei Trägerbohlwänden ist insbesondere die räumliche Erddruckverteilung und die Berücksichtigung der Boden-Gewölbewirkung sowie der Lastabtragung über Bohlträger bei der Bemessung entscheidend.
Warum wird im Anhang so viel Raum für Ablaufdiagramme eingeräumt?
Die Ablaufdiagramme im Anhang dienen dazu, dem Ingenieur eine klare, schrittweise Orientierung bei der Anwendung der neuen, komplexeren Nachweisverfahren nach EC 7 zu bieten.
- Quote paper
- Diplom Ingenieur (FH) Michael Riemer (Author), 2007, Berechnung von Baugrubensicherungen nach den Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" (2006), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/69487
