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Mit der Veröffentlichung der deutschen Fassung des Eurocodes 7-1: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik Teil 1: Allgemeine Regeln als DIN EN 1997-1:2009 und des zugehörigen Nationalen Anhangs DIN EN 1997-1/NA:2010 mit den Ergänzenden Regelungen in DIN EN 1054:2010 liegt das geschlossene neue europäische Normenwerk für die Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau nun für die Anwendung in Deutschland vor. Die in einem Normenhandbuch zusammengefassten Regelungen ersetzen die bisherige DIN 1054:2005.
In dem vorliegenden Buch werden die Grundlagen und Begriffe der Nachweisführung vorgestellt. Soweit nötig wird dabei auch auf die mit geltenden Normen und Empfehlungen wie die Geländebruchnorm DIN 4084 oder die Erddrucknorm DIN 4085 sowie die EAB, EAU, EA-Pfähle und die EBGEO eingegangen. Die erforderlichen Nachweise werden erläutert und anhand von Ablaufdiagrammen und zahlreichen Beispielen verdeutlicht. Dabei werden alle gängigen geotechnischen Aufgaben wie Flächengründungen, Pfahlgründungen, Baugrubenwände, Verankerungen, Stützbauwerke sowie die Versagensformen durch Grundbruch, Geländebruch und hydraulisch bedingtes Versagen angesprochen.
Im Juli 2012 sollen die Eurocodes ohne Übergangsfrist bauaufsichtlich eingeführt werden. Die Beispielsammlung im Buch ermöglicht einen schnellen Einstieg in das neue Normenwerk und bildet so für Geotechniker und Bauingenieure ein unverzichtbares Hilfsmittel bei der Anwendung des Regelwerks in der praktischen Tätigkeit.
Table of Content
Vorwort zur 3. Auflage V
Vorwort zur 2. Auflage VI
Vorwort zur 1. Auflage VII
Hinweise zum Gebrauch dieses Buches IX
1 Einführung und Begriffe 1
1.1 Historischer Rückblick 1
1.2 Anwendungsbereich 6
1.3 Baugrunderkundung und Geotechnische Kategorien 7
1.4 Erläuterungen wichtiger Begriffe 10
1.4.1 Einwirkungen 10
1.4.2 Widerstände 15
1.4.3 Auswirkung von Einwirkungen (Beanspruchungen) 18
1.4.4 Charakteristische Werte 19
1.4.5 Duktilität 22
1.4.6 Repräsentativer Wert einer Einwirkung 23
1.4.7 Bemessungssituationen 24
1.4.8 Bemessungswerte 25
1.4.9 Nachweisverfahren 29
1.5 Sicherheitskonzepte 35
1.5.1 Globales Sicherheitskonzept 35
1.5.2 Teilsicherheitskonzept 36
1.5.3 Ausnutzungsgrad der Widerstände 36
1.6 Grenzzustände 37
1.6.1 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 38
1.6.2 Aufschwimmen (UPL) 38
1.6.3 Hydraulischer Grundbruch (HYD) 39
1.6.4 Materialversagen (STR) 39
1.6.5 Baugrundversagen (GEO) 40
1.6.6 Gebrauchstauglichkeit (SLS) 42
1.7 Beispiel für eine Anwendung der Kombinationsregeln in der Geotechnik 44
2 Erddruckermittlung 49
2.1 Allgemeines 49
2.2 Aktiver Erddruck 49
2.2.1 Neigungswinkel des aktiven Erddrucks 49
2.2.2 Verteilung des Erddrucks 50
2.2.3 Erddruckanteil infolge Bodeneigenlast 50
2.2.4 Erddruckanteil infolge einer großflächig verteilten vertikalen Oberflächenlast 52
2.2.5 Erddruckanteil infolge Linien- und Streifenlasten 52
2.2.6 Erddruckanteil infolge Kohäsion 53
2.2.7 Berücksichtigung des Mindesterddrucks 53
2.3 Erdruhedruck 54
2.4 Passiver Erddruck (Erdwiderstand) 55
2.4.1 Neigungswinkel des passiven Erddrucks 56
2.4.2 Erddruckanteil infolge Bodeneigenlast 57
2.4.3 Erddruckanteil infolge Kohäsion 57
2.4.4 Erddruckanteil infolge einer großflächig verteilten vertikalen Oberflächenlast 58
2.5 Sonderfälle 58
2.5.1 Verdichtungserddruck 58
2.5.2 Silodruck 59
2.5.3 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 60
2.6 Erddruckansatz in Abhängigkeit von der Verschiebung 60
2.7 Beispiele 61
2.7.1 Erddruckermittlung für eine Gewichtsstützmauer 61
2.7.2 Erddruckermittlung für ein Tunnelbauwerk 68
3 Gesamtstandsicherheit 75
3.1 Allgemeines 75
3.2 Zuordnung zu den Geotechnischen Kategorien 76
3.3 Versagensmechanismen 77
3.4 Gleitkreisberechnung 79
3.4.1 Grenzzustandsbetrachtung im einfachen, allgemeinen Fall 80
3.4.2 Einwirkungen und Beanspruchungen aus Wasserdruck und Strömungskräften 86
3.4.3 Widerstände aus Zuggliedern, Dübeln, Pfählen und Steifen 89
3.5 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 97
3.6 Beispiele 98
3.6.1 Böschung mit Schmierschicht 98
3.6.2 Durchströmte Böschung 109
3.6.3 Vorgespannte Verankerung 115
4 Flächengründungen 120
4.1 Erforderliche Nachweise 120
4.2 Zuordnung zu den Geotechnischen Kategorien 121
4.3 Einwirkungen 122
4.4 Charakteristische Beanspruchungen 125
4.5 Bemessungswerte der Beanspruchungen 126
4.6 Charakteristische Widerstände des Baugrunds 127
4.6.1 Gleiten 127
4.6.2 Grundbruch 129
4.7 Bemessungswerte der Widerstände 131
4.8 Nachweise 132
4.8.1 Nachweis der Tragfähigkeit 132
4.8.2 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 133
4.8.3 Vereinfachter Nachweis in Regelfällen mit Tabellenwerten 135
4.9 Beispiele 140
4.9.1 Streifenfundament mit horizontalen Lasten 140
4.9.2 Einzelfundament mit geneigter Sohlfuge 147
4.9.3 Vereinfachte Nachweisführung für ein Streifenfundament 158
5. Pfahlgründungen 162
5.1 Allgemeines 162
5.2 Pfahlsysteme 163
5.3 Zuordnung zu den Geotechnischen Kategorien 166
5.4 Einwirkungen 167
5.4.1 Gründungslasten 167
5.4.2 Geotechnische Einwirkungen 167
5.5 Beanspruchungen 172
5.5.1 Charakteristische Beanspruchungen 172
5.5.2 Bemessungsbeanspruchungen 172
5.6 Axiale Pfahlwiderstände 174
5.6.1 Statische Probebelastungen 174
5.6.2 Dynamische Probelastung und Stoßversuche 176
5.6.3 Pfahlwiderstände aus Erfahrungswerten 179
5.6.4 Pfahlwiderstand bei Pfahlgruppen 187
5.7 Bemessungswert der axialen Pfahlwiderstände 188
5.8 Pfahlwiderstände quer zur Pfahlachse 189
5.8.1 Pfahlwiderstand für Einzelpfähle 189
5.8.2 Quer zur Pfahlachse belastete Pfahlgruppen 189
5.9 Nachweise der Tragfähigkeit 191
5.9.1 Axial belastete Pfähle 191
5.9.2 Quer zur Pfahlachse belastete Pfähle 192
5.9.3 Pfahlgruppen 193
5.9.4 Kombinierte Pfahl-Plattengründung 195
5.9.5 Innere Bemessung des Pfahls (Materialversagen) 195
5.9.6 Knicknachweis 195
5.9.7 Gesamtstandsicherheit 196
5.10 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 196
5.10.1 Axial belastete Pfähle 196
5.10.2 Quer zur Pfahlachse belastete Pfähle 199
5.10.3 Pfahlgruppen 199
5.11 Beispiele 200
5.11.1 Bohrpfahlbemessung mit Erfahrungswerten 200
5.11.2 Pfahlwiderstandsermittlung aus Probebelastungen 207
5.11.3 Quer zur Pfahlachse beanspruchte Pfahlgruppe 212
6 Stützbauwerke 224
6.1 Einteilung der Stützbauwerke 224
6.1.1 Gewichtsstützwände 224
6.1.2 Im Boden einbindende Wände (Baugrubenwände) 224
6.1.3 Zusammengesetzte Stützkonstruktionen (konstruktive Böschungssicherungen) 225
6.2 Einstufung in die Geotechnischen Kategorien 226
6.3 Grenzzustände 227
6.4 Einwirkungen 228
6.4.1 Besonderheiten beim Erddruck 228
6.4.2 Wasserdruck 231
6.5 Bemessung 231
6.5.1 Ermittlung der Beanspruchungen 231
6.5.2 Ermittlung der Widerstände 232
6.5.3 Grenzzustand der Tragfähigkeit 232
6.5.4 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 233
6.6 Besonderheiten konstruktiver Böschungssicherungen 234
6.6.1 Allgemeines 234
6.6.2 Einwirkungen und Beanspruchungen 235
6.6.3 Material- und Herausziehwiderstand 237
6.6.4 Grenzzustand der Tragfähigkeit 238
6.7 Beispiele 238
6.7.1 Bemessung einer Winkelstützwand 238
6.7.2 Erddruckermittlung für eine Gewichtsstützwand aus Gabionen 251
6.7.3 Geogitter bewehrte Wand 257
7 Baugrubenwände 269
7.1 Grenzzustände 269
7.2 Statische Systeme 270
7.3 Einwirkungen und Beanspruchungen 272
7.3.1 Erddruck 272
7.3.2 Wasserdruck 276
7.4 Widerstände 278
7.4.1 Erdwiderstand 278
7.4.2 Verformungsabhängige seitliche Bodenreaktion 279
7.4.3 Materialwiderstände 281
7.5 Statische Berechnung 281
7.6 Nachweise der Grenzzustände 283
7.6.1 Gesamtstandsicherheit 283
7.6.2 Versagen bodengestützter Wände durch Drehung 284
7.6.3 Versagen bodengestützter Wände durch Vertikalbewegung 284
7.6.4 Innere Bemessung von Stützbauwerken 286
7.6.5 Versagen von Verankerungen 286
7.6.6 Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands 287
7.6.7 Versagen in der tiefen Gleitfuge 288
7.6.8 Versagen von flüssigkeitsgestützten Schlitzen 290
7.6.9 Weitere Nachweise 290
7.6.10 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 291
7.7 Beispiele 291
7.7.1 Im Boden frei aufgelagerte, einfach rückverankerte Spundwand ohne Grundwasser 291
7.7.2 Im Boden frei aufgelagerte, einfach rückverankerte Spundwand mit umströmtem Wandfuß 313
8 Verankerungen 336
8.1 Allgemeines 336
8.2 Zuordnung zu den Geotechnischen Kategorien 337
8.3 Einwirkungen und Beanspruchungen 337
8.4 Widerstände 339
8.4.1 Herausziehwiderstand 339
8.4.2 Materialwiderstand des Stahlzugglieds 342
8.5 Nachweise 342
8.5.1 Nachweis der Tragfähigkeit 342
8.5.2 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 343
8.6 Hinweise zu DIN EN 1537 und DIN SPEC 18537 343
8.6.1 Bemessung 344
8.6.2 Ankerprüfungen 344
8.6.3 Rechnerische freie Stahllänge 346
8.6.4 Festlegekraft 348
8.7 Beispiel: Verpressanker für Baugrubenverbau 348
9 Hydraulisch verursachtes Versagen 355
9.1 Allgemeines 355
9.1.1 Geltungsbereich 355
9.1.2 Zuordnung zu den Geotechnischen Kategorien 356
9.1.3 Abgrenzung des Nachweises der Sicherheit gegen Aufschwimmen vom Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch 356
9.1.4 Nachweisführung in den Grenzzuständen UPL und HYD 358
9.2 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen 360
9.2.1 Nachweis bei alleiniger Wirkung des Bauwerkseigengewichts 360
9.2.2 Nachweis bei Mitwirkung von Scherkräften 361
9.2.3 Nachweis bei rückverankerten Konstruktionen 364
9.2.4 Beispiel zum Auftriebsnachweis 368
9.3 Nachweis der Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch 375
9.3.1 Allgemeines 375
9.3.2 Berücksichtigung der geometrischen Randbedingungen 378
9.3.3 Geschichteter und anisotroper Baugrund 378
9.3.4 Näherungsverfahren 379
9.3.5 Beispiel zum Nachweis gegen hydraulischen Grundbruch 381
9.4 Innere Erosion und Piping (Erosionsgrundbruch) 386
9.5 Ergänzungen zur Abgrenzung zwischen Aufschwimmen und hydraulischem Grundbruch 388
Zitierte Normen und Empfehlungen 391
Literaturverzeichnis 395
About the author
Prof. Dr.-Ing. Martin Ziegler ist Inhaber des Lehrstuhls für Geotechnik im Bauwesen und Leiter des Instituts für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Verkehrswasserbau an der RWTH Aachen. Er ist Mitglied im Normenausschuss zur DIN 1054 und hat u.a. an der Erarbeitung eines Leitfadens zur Vereinfachung von Bemessungsnormen mitgewirkt. Vor seiner Berufung an die RWTH Aachen hat er in der Bauindustrie langjährige Erfahrungen in Planung und Bauausführung anspruchsvoller geotechnischer Projekte gesammelt.
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