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Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XII-1
XII Stützsysteme 01.09.2014
XII Stützsysteme
Stützsysteme dienen dazu, Kräfte aus Erddruck bzw. Wasserdruck, die auf Stützbauwerke
wirken, abzuleiten und die Verformungen zu begrenzen. Es wird unterschieden zwischen
(Innen-)Aussteifungen, die die Belastungen auf den Verbau über Druckkräfte ableiten, und
(Rück-)Verankerungen, die die Belastungen über Zugkräfte in Zuggliedern in den
Baugrund rückverhängen. Rückverankerungen werden z.B. mit Hilfe von Verpressankern
oder Ankerwänden realisiert.
1 Innenaussteifungen
Innenaussteifungen bestehen in der Regel aus Steifen, Gurtungen und Knickverbänden.
Die Steifen sind in der Regel hochbelastete, vergleichsweise schlanke Druckstreben, die
knickgefährdet sind. Deshalb sind bei Steifen entsprechend den statischen
Stabilitätsnachweisen (Knicksicherheitsnachweis) gegebenenfalls Queraussteifungen
(Knickverbände) zur Verkürzung der Knicklänge anzuordnen. Die aus der
Sonneneinstrahlung resultierenden Druckkräfte, die nach Messungen die gleiche
Größenordnung wie die Kräfte infolge der Erd- und Wasserlasten erreichen können,
müssen bei der Steifenbemessung und beim Knicksicherheitsnachweis zwingend
berücksichtigt werden.
Die Innenaussteifungen bestehen in der Regel aus Stahlsteifen, z.B. Rundprofile.
Weiterhin werden auch Beton- oder Holzsteifen eingesetzt. Der Nachteil von
Innenaussteifungen liegt in der Beeinträchtigung der Bewegungsfreiheit der Maschinen
und des Personals (siehe Abb. XII-1).
Abb. XII-1 Innenaussteifungen
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2 Verpressanker
Die Bemessung von Verpressankern wird im Rahmen des EC 7-1, Abschnitt 8 geregelt.
Diese verweist bezüglich der durchzuführenden Untersuchungen und der Ausführung der
Verpressanker auf die DIN EN 1537 (2001).
2.1 Einsatz und Herstellung von Verpressankern
Verpressanker finden nicht nur bei der Sicherung von Baugruben Verwendung, sondern
auch bei Hangsicherungen und sonstigen Aufgabenstellungen, bei denen Zugkräfte im
Baugrund verankert werden müssen (z.B. Dachkonstruktion Olympiastadion München).
Abb. XII-2 Einsatzmöglichkeiten für Verpressanker
Für Baugruben werden Kurzzeitanker verwendet, die nicht länger als 2 Jahre beansprucht
werden dürfen. Für Hangsicherungsmaßnahmen und die sonstigen Langzeitsicherungen
werden Daueranker eingesetzt, die über einen besonderen Korrosionsschutz verfügen
müssen und – je nach Konstruktionsart – regelmäßig durch Zugversuche (sog.
Abhebeversuche) bezüglicher ihrer Dauer-Tragfähigkeit überprüft werden müssen.
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Die Herstellung eines Verpressankers erfolgt in folgenden Arbeitsschritten:
2. Einführen des Ankerzugglie-des und Auffüllen des Bohr-lochs mit Zementleim undSpülen der freien Anker-länge
1. Herstellen des Bohrlochesdurch Schlagbohren,Drehbohren, Spülbohrenoder Schneckenbohren
3. Ziehen des Bohrgestängesmit Primärverpressung
4. Nachverpressen des Ankers
5. Prüfen und Festlegen desAnkers auf die gewünschteVorspannlast nach Aus-härten des Verpressguts
6. Fertiger Anker
Abb. XII-3 Herstellung von Verpressankern
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Abb. XII-4 Ausbildung Ankerkopf
1 Verankerungspunkt an der Spannpresse 5 Bauteilwährend des Spannens 6 Boden/Fels
2 Verankerungspunkt am Ankerkopf im 7 BohrlochGebrauchszustand 8 Hüllrohr
3 Auflagerplatte 9 Zugglied4 Auflager 10 Verpresskörper
Ltf freie Stahllänge Ltb Verankerungslänge des ZuggliedsLfree freie Ankerlänge Lfixed KrafteintragungslängeLe Länge des Zugglieds, gemessen von der Verankerung des Zugglieds im Ankerkopf bis
zum Verankerungspunkt in der Spannpresse
1
2
34
5
6 78
9
10
Ltb
Lfixed
Lfree
Ltf
Le
Abb. XII-5 Bezeichnung der geometrischen Größen eines Verpressankers nach
DIN EN 1537
Auflager Auflagerplatter
Klemmkeile Kugelkalotte
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2.2 Einwirkungen, Beanspruchungen und Widerstände
Die charakteristischen Beanspruchungen von Verpressankern ergeben sich als
charakteristische Schnittgrößen aus den gegebenen Einwirkungen. Sie werden als
charakteristische Ankerbeanspruchung P für den Anker bezeichnet. Die Umrechnungen in
die Bemessungswerte Pd erfolgt mit den Teilsicherheitsbeiwerten nach Tab. A-1.
Hinsichtlich der charakteristischen Widerstände wird zwischen dem Herausziehwiderstand
Ra und dem Widerstand des Stahlzugglieds Rt unterschieden.
Herausziehwiderstand Ra
Der charakteristische Herausziehwiderstand Ra ergibt sich aus dem Widerstand des
Verpresskörpers bei der Übertragung der Zugkraft in den Boden. Er entspricht derjenigen
Kraft, bei der die Verschiebung des Verpresskörpers beim Ankerzugversuch im Rahmen
der Eignungs- bzw. Abnahmeprüfung nicht mehr abklingt, und nach einer gewissen Zeit
der Bruch zwischen Verpresskörper und Baugrund eintritt. Er wird anhand mindestens
dreier Eignungsprüfungen nach dem Prüfverfahren 1 nach DIN EN 1537 (2001) ermittelt
(siehe 2.3). Den Bemessungswert Ra,d im Grenzzustand GEO-2 erhält man mit Hilfe der
Teilsicherheitsbeiwerte nach Tab. A-3:
aa,d
a
RR
(Gl. XII-1)
mit: Ra,d Bemessungswert des Herausziehwiderstands [kN]
Ra charakteristischer Wert des Herausziehwiderstands (aus
Ankerzugversuch) [kN]
a Teilsicherheitsbeiwert nach Tab. A-3
Widerstand des Stahlzugglieds Rt:
Der charakteristische Widerstand des Stahlzugglieds Rt ergibt sich aus folgenden
Gleichungen:
t t t ,0.1R A f bzw. t t t ,0.2R A f (Gl. XII-2)
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mit: At Querschnittsfläche des Stahlzugglieds [m²]
ft,0.1 charakteristischer Wert der Spannung des Stahlzugglieds bei .
0,1 % bleibender Dehnung [kN/m²]
ft,0.2 Streckgrenze bzw. charakteristischer Wert der Spannung des
Stahlzugglieds bei .0,2 % bleibender Dehnung [kN/m²]
Der charakteristische Widerstand der Ankerkopfkonstruktion muss mindestens so groß
sein wie der Widerstand Rt des Stahlzugglieds bei der charakteristischen Zugfestigkeit des
Stahls. Den Bemessungswert des Zuggliedwiderstands erhält man über die Division mit
dem entsprechenden Teilsicherheitsbeiwert:
tt ,d
M
RR
(Gl. XII-3)
mit: Rt,d Bemessungswert des Stahlzugglieds [kN]
Rt charakteristischer Wert des Stahlzugglieds [kN]
(aus Gl. XII-2)
M Teilsicherheitsbeiwert nach Anhang A (Seite A-14)
2.3 Ankerprüfungen
Im Folgenden werden die Ankerprüfungen für Verpressanker entsprechend den europaweit
harmonisierten technischen Regelwerken, hier nach DIN EN 1537 (2001), vorgestellt. Es
wird zwischen folgenden Ankerprüfungen unterschieden:
Untersuchungsprüfung
Eignungsprüfung
Abnahmeprüfung
In DIN EN 1537 sind drei Prüfverfahren beschrieben. Bei der Ermittlung des
Herausziehwiderstands und der Abnahmeprüfung ist nach dem EC 7-1 das im Folgenden
beschriebene „Prüfverfahren 1“ zu verwenden.
Während der Ankerprüfung wird der Anker in aufeinander folgenden Spannzyklen von der
Vorbelastung P0 aus auf die maximale Versuchskraft Pp gespannt. Für jeden Spannzyklus
wird bei der maximalen Spannkraft die Verschiebung des Ankerkopfes über die
Beobachtungszeit aufgezeichnet.
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Verschiebung
Ankerkraft
Prüfkraft PP
Vorbelastung Pa
Abb. XII-6 Ankerkraftaufbringung bei Prüfverfahren 1 nach DIN EN 1537
Untersuchungsprüfung
Die Untersuchungsprüfung ist eine grundsätzliche Belastungsprüfung, mit der festgestellt
wird, ob z.B. die prinzipielle Eignung neuer Ankertypen gegeben ist. Untersuchungs-
prüfungen sollten überall dort durchgeführt werden, wo Anker in Baugrundverhältnissen
eingesetzt werden, für die bisher noch keine Untersuchungsprüfungen vorgenommen
wurden oder wo höhere Gebrauchslasten als bisher in vergleichbaren
Baugrundverhältnissen verlangt werden.
Bei Verpressankern sind Untersuchungsprüfungen in der Regel nicht erforderlich, da das
Tragverhalten durch Eignungs- und Abnahmeprüfungen nachzuweisen ist. Bei
Verpressankern, die als Daueranker zum Einsatz kommen, ist eine allgemeine
bauaufsichtliche Zulassung erforderlich.
Eignungsprüfung
Im Rahmen der Eignungsprüfung wird der charakteristische Herausziehwiderstand Ra
bestimmt und die rechnerische freie Stahllänge Lapp ermittelt. Weiterhin dient die
Eignungsgprüfung der Überprüfung der prinzipiellen Verwendbarkeit des projektierten
Ankersystems für die vorliegenden Baugrundverhältnisse, falls im Rahmen des
Bauvorhabens keine Untersuchungsprüfung durchgeführt wurde.
Bestimmung des Herausziehwiderstands anhand der Eignungsprüfung:
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Um den Herausziehwiderstand zu bestimmen, sind im Rahmen der Eignungsprüfung auf
jeder Baustelle mindestens drei Einzelprüfungen an Ankern durchzuführen, die unter den
gleichen Ausführungsbedingungen wie die Bauwerksanker hergestellt werden. Die in der
Eignungsprüfung angesetzte Prüfkraft Pp wird aus dem Bemessungswert der
Ankerbeanspruchung Pd ermittelt:
p a dP P (Gl. XII-4)
Die Stahlzugglieder aller Anker müssen für die Prüfkraft Pp bemessen werden. Die in der
Eignungsprüfung angesetzte Prüfkraft Pp darf folgende Werte nicht überschreiten:
p t tP 0,80 A f (Gl. XII-5a)
p t t ,0.1P 0,95 A f bzw. p t t ,0.2P 0,95 A f (Gl. XII-5b)
mit: At Querschnittsfläche des Stahlzugglieds [m²]
ft,k charakteristischer Wert der Zugfestigkeit des Stahlzugglieds
[kN/m²]
ft,0.1 charakteristischer Wert der Spannung des Stahlzugglieds bei .
0,1 % bleibender Dehnung [kN/m²]
ft,0.2 Streckgrenze bzw. charakteristischer Wert der Spannung des
Stahlzugglieds bei .0,2 % bleibender Dehnung [kN/m²]
Der kleinere Wert ist maßgebend.
Der Herausziehwiderstand ist als diejenige Kraft definiert, die im Einzelversuch ein
Kriechmaß von ks = 2 mm verursacht. Wird das Kriechmaß von 2 mm bei der Prüfkraft Pp
nicht erreicht, gilt die Prüfkraft Pp als Herausziehwiderstand für diesen Einzelversuch. Das
Kriechmaß ks ist definiert als Quotient aus der Zunahme der Ankerkopfverschiebung pro
logarithmischem Zeitintervall, der aus dem geradlinigen Ast der logarithmisch skalierten
Zeit-Ankerkopfverschiebungslinie bestimmt wird (siehe auch Abb. XII-7)
a
b
abs
t
tlog
ssk (Gl. XII-6)
und ist für jede Kraftstufe (siehe Tabelle XII-1) zu bestimmen.
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Zeit (log.)
Ankerkopfverschiebung [mm]
tbta
sa
sb
P = 0,5 Pn d
P = 0,75 Pn+1 d
Abb. XII-7 Bestimmung des Kriechmaßes für eine Belastungsstufe
Zyklus 1 2 3 4 5 6
Kraftstufe
in % Pp
25 40 55 70 85 100
Tab. XII-1 Kraftstufen und Spannzyklen für Untersuchungs- und Eignungsprüfungen von
Ankern nach Prüfverfahren 1
Für die Erfassung der Kriechverformungen ist für jede Kraftstufe eine Mindest-
beobachtungszeit von 15 Minuten vorgeschrieben.
Trägt man die ermittelten Kriechmaße über den zugehörigen Kraftstufen Pp auf, erhält man
eine Reihe von Punktepaaren. Mit Hilfe einer Ausgleichskurve kann dann der
charakteristische Herausziehwiderstand Ra abgelesen werden (siehe Abb.XII-8).
Der charakteristische Herauswiderstand Ra ist die kleinste der Herausziehwiderstände der
drei im Rahmen der Eignungsprüfung durchgeführten Einzelversuche.
Betragen die Achsabstände zwischen den Verpresskörpern bei charakteristischen
Ankerbeanspruchungen P größer 700 kN weniger als 1,5 m, ist eine Ankergruppenprüfung
durchzuführen. Hierbei ist die Eignungsprüfung an drei benachbarten Ankern auszuführen,
wobei die drei Anker gleichzeitig zu belasten sind.
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Kraftstufein % PP
Kriechmaß k
[mm]s
1
2
Ra
25 40 55 75 85 100
Abb. XII-8 Kriechmaß als Funktion der Laststufe P
Prüfung der rechnerischen freien Stahllänge:
Bei Verpressankern muss überprüft werden, ob die planmäßige Verpressstrecke
eingehalten ist. Bei einer zu langen Verpressstrecke gerät die Krafteinleitung zu nahe an
die Wand, so dass bezüglich der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge (siehe Kap. 4)
kein ausreichend großer Bodenkorpus mobilisiert werden kann. Ist die Verpressstrecke zu
kurz, kann kein ausreichender Verbund zwischen Verpresskörper und Baugrund erreicht
werden, so dass der Herausziehwiderstand zu klein ist.
planmäßige Verpresstrecke eingehalten Verpresstrecke zu lang
Gleitfläche Gleitfläche
Abb. XII-9 Prüfung der rechnerischen freien Stahllänge
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Die Ankerkopfverschiebung in Längsrichtung für eine Kraft P beträgt unter Verwendung
des eindimensionalen HOOKE’schen Gesetzes:
LEA
PL
Es
(Gl. XII-7)
Die rechnerische freie Stahllänge Lapp kann demnach mit den Begriffen nach DIN EN 1537
(2001) aus folgender Beziehung ermittelt werden:
P
sEAL tt
app
(Gl. XII-8)
mit: At: Querschnitt des Stahlzugglieds [m²]
Et: E-Modul des Stahlzugglieds [kN/m²]
s: elastische Dehnung des Stahlzugglieds am Ankerkopf [m]
P: Kraftdifferenz zwischen Prüfkraft und Vorbelastung des Ankers
Die rechnerische freie Stahllänge muss nach DIN EN 1537 (2001) zwischen folgenden
Grenzen liegen (Längen siehe Abb. XII-5):
obere Grenze: tbetfapp L5,0LLL
etfapp LL1,1L
untere Grenze: etfapp LL8,0L
Abnahmeprüfung:
Jeder Bauwerksanker muss einer Abnahmeprüfung unterzogen werden. Die
Abnahmeprüfung hat folgende Ziele:
Nachweis, dass die Prüfkraft vom Anker aufgenommen werden kann.
Bestimmung der rechnerischen freien Stahllänge.
Sicherstellung, dass die Festlegekraft abzüglich der Reibung die geplante
Größe besitzt.
Bestimmung des Kriech- oder Kraftabfallmaßes im Grenzzustand der
Gebrauchstauglichkeit.
jeweils die größere Länge ist maßgebend
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Die Prüfkraft Pp berechnet sich bei Dauerankern und Kurzzeitankern analog zu der Eignungsprüfung.
Die Prüfkraft Pp soll nach dem Prüfverfahren 1 nach DIN EN 1537 in mindestens drei
Stufen mit gleich großer Kraftzunahme erreicht werden. Der Anker soll danach auf die
Vorbelastung Pa entspannt und anschließend auf die Festlegekraft P0 gespannt und
festgelegt werden. Als Grenzwert für das Kriechmaß wird ks = 0,8 mm angesetzt, nach
vorherigen Untersuchungsprüfungen können auch höhere Kriechmaße akzeptiert werden.
Die Festlegekraft P0 ist die Kraft, auf die der Anker am Ende der Ankerprüfung
angespannt wird. Sie darf den charakteristischen Wert der Ankerbelastung nicht
überschreiten.
2.4 Entwurfsregeln für Verpressanker
Die Anordnung der Anker wird im Allgemeinen unter Berücksichtigung der geometrischen
Randbedingungen wie Trägerabstand, Breite von Schlitzwandelementen und der
Optimierung der Ankerkräfte und Schnittgrößen der Verbauwände gewählt. Weiterhin sind
Tragkraft und Verschiebung jedes einzelnen Ankers sowie die Beeinflussung der
Nachbarbebauung von der Positionierung der Verpresskörper abhängig. Für den Entwurf
sollte folgendes beachtet werden:
Die freie Ankerlänge muss mindestens 5 m betragen, um sicherzustellen, dass
die Vorspannkraft planmäßig in den Baugrund und nicht durch Kraftkurz-
schluss vom Boden aus in die Wand oder das Widerlager eingeleitet wird
(siehe Abb. XII-10 a)
Der Verpresskörper muss in ein und derselben Bodenschicht liegen (siehe
Abb. XII-10 b) und c)).
Die Ankerneigung sollte wegen der Herstellung mindestens 10° gegenüber
der Horizontalen betragen.
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Abb. XII-10 Anordnung der Verpresskörper an Schichtgrenzen
Die Ankerbohrungen sollten vor baulichen Anlagen einen planmäßigen
Abstand von mindestens 2 m haben. Der Mindestabstand zwischen dem
Verpresskörper und baulichen Anlagen sollte 4 m nicht unterschreiten.
Durch konstruktive Maßnahmen muss sichergestellt werden, dass der Ausfall
eines Verpressankers nicht zum Versagen des durch die Anker gesicherten
Bauwerks oder Bauteils führt. Dieser Nachweis ist bei gurtlosem Verbau nur
in den seltensten Fällen mit Hilfe theoretischer Untersuchungen möglich.
Daher ist in der Abnahmeprüfung zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus die
Prüfkraft Pp 10 % größer als der Bemessungswert der Beanspruchung.
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3 Rückverankerung mit Ankerplatten und Ankerwänden
Die Rückverankerung mit Hilfe von Ankerplatten und Ankerwänden wird bei hinterfüllten
Stützkonstruktionen, z.B. im Hafenbau, eingesetzt. Für Ankerplatten und Ankerwände ist
der Nachweis gegen Aufbruch des Verankerungsbodens zu führen.
Beim Aufbruch des Verankerungsbodens, d.h. des Bodenbereichs vor der Ankerwand,
wird ein Erdwiderstandskörper von der Ankerwand herausgedrückt. Hierbei wird vor der
Wand Erdwiderstand mobilisiert, hinter der Ankerwand fällt der Erddruck auf den aktiven
Erddruck ab. Nach EAB (4. Auflage, 2006), EB 43 ist für die Ermittlung des
Erdwiderstands der Wandreibungswinkel mit p = 0 anzusetzen, sofern auf die Wand als
Vertikallast nur ihr Eigengewicht wirkt. Ist die Ankerwand überdeckt, dürfen die
Erddrücke näherungsweise wie bei einer bis zur Geländeoberfläche reichenden Wand
ermittelt werden.
vorh Ah
h
Aktiver GleitkeilPassiver Gleitkeil
Abb. XII-11 Aufbruch des Verankerungsbodens
Bei Ankerplatten ist nach den Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben (EAB) der
Erdwiderstand mit dem Faktor = 0,80 abzumindern.
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4 Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge:
Die Standsicherheit des Gesamtsystems aus Anker und Boden wird über den Nachweis der
Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge im Grenzzustand GEO-2 nachgewiesen. Der
Nachweis wurde ursprünglich bei der Rückverankerung mit Hilfe von Ankerplatten
geführt und später auf Rückverankerungen mit Verpressankern übertragen. Dabei wird
angenommen, dass sich von einem tief liegenden Punkt an der Verbauwand bis zur
Unterkante der Ankerplatte bzw. bis zur Mitte der Krafteinleitungsstrecke am
Verpresskörper eine Gleitfläche einstellt. Die in natura gekrümmte Gleitlinie wird im
Nachweis durch eine gerade Gleitlinie approximiert.
Abb. XII-12 Versagen in der Tiefen Gleitfuge
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Der Fußpunkt F des Gleitkörpers ist entweder
a) der Wand- bzw. Träger-Fußpunkt bei frei aufgelagerten Wänden,
b) der Querkraftnullpunkt bei Ansatz einer Fußeinspannung (= Drehpunkt der
Wand),
c) bei konstruktiv tiefer als statisch erforderlich geführten Wänden ein Punkt
nach a) oder b), je nachdem, welche Fußauflagerung für die
Schnittkraftermittlung rechnerisch angesetzt wurde, oder
d) bei Verzicht auf den Ansatz eines Erdauflagers ein Punkt in der Tiefe, in der
Erdwiderstand und unterhalb der Baugrubensohle angreifender aktiver
Erddruck im Gleichgewicht sind (Eph = Eah).
Nachweis der Standsicherheit in der Tiefen Gleitfuge nach KRANZ:
Beim Verfahren nach KRANZ wird davon ausgegangen, dass die Verbauwand um ihren
Fußpunkt kippt und sich eine „tiefe Gleitfuge“ zwischen dem Fußpunkt der Wand und der
Verankerung ausbildet. Bei Ankerwänden und –platten wird der Gleitkörper von diesen
begrenzt, bei Verpressankern wird eine vertikale Ersatzwand von der Mitte des
Verpresskörpers aus angenommen, auf die aktiver Erddruck wirkt, da sich über dem
Verpresskörper eine Zone des aktiven Grenzzustandes einstellt. Durch eine
Gleichgewichtsbetrachtung kann die nach Betrag unbekannte Ankerkraft ermittelt werden.
Dieses Verfahren ist bei Ankerwänden sowie bei nicht vorgespannten und unter dem
Ansatz des aktiven Erddrucks vorgespannten Ankern anzuwenden. Bei stark
vorgespannten Ankern, die auf erhöhten Erddruck bemessene Verbauwände
rückverankern, soll nach der EAB das in Kapitel 4.2 vorgestellte Verfahren eingesetzt
werden.
Der Erddruck Ea1 auf die Ersatzwand bei Verpressankern wird böschungsparallel
angesetzt, bei Ankerwänden dagegen unter dem Reibungswinkel p, wofür in der Regel
p = 2/3’k angenommen wird. Bei Rückverankerungen mit Ankerplatten ist der Erddruck
Ea1 auf eine Ersatzankerwand projiziert, die sich unter Zuhilfenahme eines angenommenen
Abstrahlwinkels von 45° einstellt (siehe Abb. XII-16). Hierbei ist der Wandreibungswinkel
mit a = 0 anzusetzen.
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Gleitfläche
h
H
45°
b
b
a
Ankerplatte
Ersatzankerwand
Abb. XII-13 Projektion des Erddrucks auf eine Ersatzankerwand bei Ankerplatten
An dem hinter der Wand freigeschnittenen Bodenkörper werden folgende Kräfte
angetragen:
Krafteck
Schnitt-führung
Kräfte-ansatz
RAEa1
C
Ea2
Q
�
Q
Ea2
RA
Ea1
C
G + V
G + V
Abb. XII-14 Nachweisführung in der Tiefen Gleitfuge beim Ansatz des aktiven Erddrucks
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Der Nachweis lautet
d,Ad RA (Gl. XII-10)
mit: Ad Bemessungswert der vorhandenen Ankerbeanspruchung [kN/m]
RA,d Bemessungswert der möglichen Ankerbeanspruchung [kN/m]
Der Bemessungswert der vorhandenen Ankerbeanspruchung ergibt sich aus der
Wandstatik:
d G G Q QA A A (Gl. XII-11)
Der Bemessungswert der möglichen Beanspruchung ergibt sich aus dem Ansatz:
AA,d
R,e
RR
(Gl. XII-12)
mit: RA,d Bemessungswert der möglichen Ankerbeanspruchung [kN/m]
RA charakteristischer Wert der möglichen Ankerbeanspruchung
[kN/m]
R,e Teilsicherheitsbeiwert für Erdwiderstand
Geschichteter Baugrund:
Bei geschichtetem Boden ist der gesamte Gleitkörper aufgrund der unterschiedlichen
Scherparameter in mehrere einzelne Gleitkörper zu unterteilen. Zwischen den einzelnen
Gleitkörpern wirken Erddrücke, die horizontal angesetzt werden. Die Beträge der
Erddrücke sind zwar von vorne herein unbekannt, aus der Forderung des
Kräftegleichgewichts lassen sich die Erddrücke mit Hilfe des Kraftecks bestimmen.
Beispiel:
Für eine Rückverankerung in einem zweifach geschichteten Baugrund ist der Nachweis der
Tiefen Gleitfuge zu führen. Hierzu wird der gesamte Gleitkörper in zwei kleinere
Einheiten unterteilt. Am ersten Körper fällt die Ankerkraft heraus, da sie an beiden Seiten
angreift. Als einzige Unbekannte bleibt der Betrag des Erddrucks zwischen den beiden
Körpern E12, der mit Hilfe des Kraftecks bestimmt werden kann und am zweiten Krafteck
angesetzt wird. Mit Hilfe dieses zweiten Kraftecks kann schließlich der charakteristische
Wert der zulässigen Ankerkraft ermittelt werden.
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Ea2
RA
Q1
Q2
Q2
Q1
Ea2
E12
Ea1
Ea1
E12
Schicht 1
Schicht 2
RA
C2
C2
G + V1 1
G + V2 2
G + V1 1
G + V2 2
Abb. XII-15 Berücksichtigung mehrerer Bodenschichten
Mehrfachverankerungen:
Bei mehreren Ankern müssen verschiedene kinematische Ketten untersucht werden.
Wichtig ist, dass in die Betrachtung mit Hilfe des Krafteckes nur diejenigen Anker
einfließen, die lediglich einmal geschnitten werden. Alle Anker werden durch den Schnitt
zwischen Boden und Verbauwand bereits einmal geschnitten, so dass ein weiterer Schnitt
vor dem Verpresskörper die Ankerkraft aus der Betrachtung fallen lässt.
Fall 1: Der obere Anker ist kürzer als der untere
Für diesen Fall sind zwei Nachweise zu führen.
Gleitkörper 1
Gleitkörper 2
Abb. XII-16 Mehrfachverankerung: Fall 1
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Nachweis 1: Gleitkörper 1 ist geometrisch durch den Fußpunkt und der Mitte des
Verpresskörpers der oberen Rückverankerung definiert. Hierbei wird der
untere Anker zweimal geschnitten, so dass er aus der Betrachtung fällt. Mit
diesem Nachweis kann der charakteristische Wert der zulässigen
Ankerbeanspruchung der oberen Rückverankerung ermittelt werden.
G + V Ea1
Ea2
Q
�’
Ra1
Ra2
G + V
Ea2
Ea1
C
C
Ra1
Ra2
Q
Abb. XII-17 Mehrfachverankerung: Fall 1, Gleitkörper 1
Nachweis 2: Die zweite Untersuchung betrifft Gleitkörper 2, der durch den unteren
Anker gebildet wird. Das Krafteck liefert die Summe der charakteristischen
Werte der zulässigen Ankerkräfte.
G + V
Ea1
Ea2
Q
�’
Ra1
Ra2
G + V
Ea2
Ea1
C
�RA
C
Q
Abb. XII-18 Mehrfachverankerung: Fall 1, Gleitkörper 2
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Fall 2: Der obere Anker ist länger als der untere, liegt aber noch im aktiven Gleitkeil
Die Nachweise, die hier zu führen sind, sind identisch zu denjenigen des ersten Falles. Der
obere Anker wird zwar zweimal geschnitten, das Zentrum der Verpressstrecke liegt aber in
dem vom unteren Anker ausgehenden Gleitkeil.
Gleitkörper 1
Gleitkörper 2
AktiverGleitkeil
Ja
Abb. XII-19 Mehrfachverankerung: Fall 2
Fall 3: Der obere Anker ist länger als der untere und liegt außerhalb des aktiven Gleitkeils
Der obere Anker ist länger als der untere, die Mitte der Verpressstrecke liegt außerhalb des
vom unteren Anker ausgehenden aktiven Gleitkeils (siehe Abb. XII-20). Für diesen Fall
sind drei Nachweise zu führen.
Abb. XII-20 Mehrfachverankerung: Fall 3
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Nachweis 1: Beim Nachweis der oberen Lage wird der untere Anker zweimal geschnitten
und fällt demnach aus der Betrachtung. Der Nachweis ergibt somit den
charakteristischen Wert der zulässigen Beanspruchung der oberen
Ankerlage. Der Nachweis ist identisch mit Nachweis 1 des 1. Falls.
Gleitkörper fürNachweis 1
Abb. XII-21 Mehrfachverankerung: Fall 3, Nachweis 1 (Obere Ankerlage)
Nachweis 2: Beim Nachweis der unteren Lage wird der obere Anker zweimal geschnitten
und fällt aus der Betrachtung. Der Nachweis ergibt damit den charak-
teristischen Wert der zulässigen Beanspruchung des unteren Ankers.
Gleitkörper fürNachweis 2
Abb. XII-22 Mehrfachverankerung: Fall 3, Nachweis 2 (Untere Ankerlage)
Nachweis 3: Zusätzlich zu den ersten beiden Nachweisen wird für diesen Fall ein dritter
Nachweis für einen Gleitkörper auf einer geknickten Gleitfuge geführt. Da
beide Anker nur einmal geschnitten werden, ergibt dieser Nachweis den
charakteristischen Wert der Summe der zulässigen Ankerbeanspruchungen.
Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XII-23
XII Stützsysteme 01.09.2014
Gleitkörper fürNachweis 3
Abb. XII-23 Mehrfachverankerung: Fall 3, Nachweis 3 (Gebrochene Gleitfuge)
Fall 4: Der obere Anker ist so lang, dass beim Nachweis der oberen Ankerlage die untere
Lage im betrachteten Gleitkörper liegt
Für diesen Fall sind 2 Nachweise zu führen.
Nachweis 1: Der Nachweis der oberen Ankerlage ergibt den charakteristischen Wert der
Summe der zulässigen Ankerbeanspruchungen, da der untere Anker mit
einbezogen wird.
Nachweis 2: Der Nachweis der unteren Ankerlage ergibt den charakteristischen Wert der
zulässigen Beanspruchung des unteren Ankers. Die obere Ankerlage wird
zweimal geschnitten und fällt aus der Betrachtung.
Gleitkörper 2
Gleitkörper 1
Abb. XII-24 Mehrfachverankerung: Fall 4
Prof. Dr.-Ing. Rolf Katzenbach Direktor des Institutes und der Versuchsanstalt für Geotechnik der TU Darmstadt Studienunterlagen Geotechnik Seite XII-24
XII Stützsysteme 01.09.2014
Literatur:
[1] DIN 1054: 2010
Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau –Ergänzende
Regelungen zu DIN EN 1997-1
[2] DIN 18537:2010
Anwendungsdokument zu DIN EN 1537:2001-01, Ausführung von
besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) – Verpressanker
[3] DIN EN 1537: 2001
Verpressanker
[4] DIN EN 1997-1:2009
Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik – Teil
1: Allgemeine Regeln
[5] DIN EN 1997-1/NA: 2010
Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 7: Entwurf,
Berechnung und Bemessung in der Geotechnik – Teil 1: Allgemeine Regeln
[6] Anker-Verfahren, Firmenprospekt Bauer Spezialtiefbau Schrobenhausen
[7] Ostermeyer, H.: Verpressanker, Grundbautaschenbuch, 6. Auflage (Hrsg.:
Smoltczyk, U.), Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2001
[8] Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben auf der Grundlage des
Teilsicherheitskonzeptes (EAB), 4. Auflage, Deutsche Gesellschaft für
Geotechnik, Ernst & Sohn, Berlin, 2006
[9] Schmidt, H.G., Seitz, J., Grundbau, Sonderdruck aus dem Betonkalender
1998, Ernst & Sohn, Berlin 1998