Das Normen-Handbuch zu EC 7-1 und DIN 1054

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1 Das Normen-Handbuch zu EC 7-1 und DIN 1054 B. Schuppener

2 Normenhandbuch zu EC 7-1 und DIN 1054 Zusammenführung von europäischen und nationalen Normen Eurocode 7 und DIN 1054:2010 Grenzzustände Teilsicherheitsbeiwerte Bemessungssituationen. Wie geht es weiter?

3 Eurocode 7-1:2005 und DIN 1054:2005 Eurocode 7-1 DIN 1054:2005 Nicht übernommene Nachweisverfahren und informative Anhänge Gemeinsame Regelungen: z.b. Konzept der Grenzzustände und Teilsicherheitsbeiwerte, Geotechnische Kategorien Spez. deutsche Erfahrungen: z.b. aufnehmbare Sohlpressungen und Pfahlwiderstände

4 Grundsätze zur Zusammenführung von europäischen und nationalen Normen Die Eurocodes sind von allen Mitgliedsstaaten der EU einzuführen. Nationale Normen sind weiterhin zulässig, aber nationale Normen dürfen weder europäischen Normen widersprechen noch mit ihnen konkurrieren. Nationalen Normen, für die es europäische Normen gibt, sind nach einer Übergangsfrist die zurück zu ziehen.

5 Nationaler Anhang zu einem Eurocode Der nationale Anhang enthält: Zahlenwerte für Teilsicherheitsbeiwerte, Entscheidung über die anzuwendenden Nachweisverfahren, Entscheidung bezüglich der Anwendung informativer Anhänge und Verweise auf nicht widersprechende zusätzliche Angaben, die dem Anwender beim Umgang mit dem Eurocode helfen.

6 Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergänzende Regelungen zu DIN EN : Ground verification of safety of earthworks and foundations Supplementary rules for DIN EN :

7 Eurocode 7-1:2005 und DIN 1054:2005 Eurocode 7-1 DIN 1054:2010 Ergänzende Regelungen zu DIN EN

8 DIN EN Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; DIN 1054 DIN EN /NA Baugrund- Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau Ergänzende Regelungen zu DIN EN : Nationaler Anhang zu Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; Deutsche Fassung EN :2004

9 Normenhandbuch DIN EN : Geotechnische Bemessung - Allgemeine Regeln und DIN 1054: 2009-?? Ergänzende Regelungen zu DIN EN

10 Zukünftige Normenhierarchie in Europa Eurocode: Eurocode: Grundlagen Grundlagen der der Tragwerksplanung Tragwerksplanung Eurocode Eurocode 1: 1: Einwirkungen Einwirkungen auf auf Tragwerke Tragwerke Eurocode Eurocode 2: 2: Bemessung Bemessung von von Stahlbetonbauten Stahlbetonbauten Nationaler Nationaler Anhang Anhang zum zum EC EC 2 2 Eurocode Eurocode 3: 3: Bemessung Bemessung von von Stahlbauten Stahlbauten Nationaler Nationaler Anhang Anhang zum zum EC EC 3 3 EC 4 EC 5 EC 6 Eurocode Eurocode 7: 7: EC 8 EC 9 Bemessung Bemessung in in der der Geotechnik Geotechnik Nationaler Nationaler Anhang Anhang zu zu EC EC 7 7 DIN DIN Standsicherheit Standsicherheit Massivbauwerke Massivbauwerke im im Wasserbau Wasserbau DIN DIN Stahlwasserbauten Stahlwasserbauten Normen-Handbuch DIN DIN 1054: :2010 Ergänzende Ergänzende Regelungen Regelungen zu zu EC EC 7 7 DIN DIN Geländeund Geländeund Böschungsbruchberechnung Böschungsbruchberechnung EAU EAU EAB EAB Merkblatt Merkblatt Standsicherheit Standsicherheit von von Dämmen Dämmen an an Bundeswasserstraßen Bundeswasserstraßen

11 Normen-Handbuch zu EC 7-1 und DIN 1054 Zusammenführung von europäischen und nationalen Normen Eurocode 7-1 und DIN 1054:2009 Grenzzustände Teilsicherheitsbeiwerte Bemessungssituationen. Wie geht es weiter?

12 Konzept der Eurocodes: Grenzzustände Ein Grenzzustand ist der Zustand eines Tragwerks, bei dessen Überschreitung die der Tragwerksplanung zugrunde gelegten Anforderungen überschritten werden. Der Grenzzustand der Tragfähigkeit ist der Zustand des Tragwerks, dessen Überschreiten zu einem rechnerischen Einsturz oder anderen Formen des Versagens führt. (ULS: Ultimate Limit State) Der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ist der Zustand des Tragwerks, dessen Überschreiten die für die Nutzung festgelegten Bedingungen nicht mehr erfüllt. (SLS: Serviceability Limit State)

13 Grenzzustände der Tragfähigkeit in der Geotechnik EQU:Gleichgewichtsverlust des Bauwerks oder des Baugrunds als starrer Körper, bei dem Festigkeit weder im Bauwerk noch im Boden entscheidend ist. STR: Sehr große Verformungen oder Bruch des Bauwerks oder konstruktiver Elemente einschließlich Fundamente, Pfähle usw., bei dem die Festigkeit des Materials entscheidend ist. GEO:Sehr große Verformungen oder Bruch im Baugrund, bei dem die Festigkeit des Baugrunds entscheidend ist. UPL: Gleichgewichtsverlust des Bauwerks oder des Baugrunds infolge von Auftrieb oder anderer Vertikalkräfte. HYD:Hydraulische Grundbruch, innerer Erosion und Piping im Boden infolge von hydraulischen Gradienten

14 Grenzzustände der Tragfähigkeit EC 7-1 EQU UPL HYD STR GEO-2 GEO-3 DIN 1054 GZ 1A GZ 1B GZ 1C Beschreibung Gleichgewichtsverlust des Bauwerks oder des Baugrunds als starrer Körper, wobei die Festigkeit weder im Bauwerk noch im Boden entscheidend ist. Gleichgewichtsverlust des Bauwerks oder des Baugrunds infolge von Auftrieb oder anderer Vertikalkräfte. Hydraulische Grundbruch und Materialtransport im Boden infolge von hydraulischen Gradienten Bruch des Bauwerks oder konstruktiver Elemente, wobei die Festigkeit des Materials entscheidend ist. Sehr große Verformungen oder Bruch im Baugrund, bei dem die Festigkeit des Baugrunds entscheidend ist

15 Nachweis von Grenzzuständen der Tragfähigkeit im Bauwesen E d R d E d : R d : Bemessungswert der Einwirkungen oder der Beanspruchungen Bemessungswert des Widerstandes

16 Verfahren mit faktorisierten Einwirkungen und Widerständen (GEO-2) E d R d E k γ E R k / γ R E k : γ E : R k : γ R : charakteristischer Wert der Einwirkungen oder der Beanspruchungen Teilsicherheitsbeiwert für die Einwirkungen bzw. Beanspruchungen (γ G = 1,35, γ Q = 1,50) charakteristische Wert des Widerstandes Teilsicherheitsbeiwert für die Widerstände

17 Verfahren mit faktorisierten Scherparametern (GEO-3) E d R d E d (ϕ d, c d) R d (ϕ d, c d) tan ϕ d = tan ϕ k/ γ ϕ c d = c k/ γ c ϕ k c k ϕ d c d γ ϕ γ c charakteristischer Wert des Reibungswinkels charakteristischer Wert der Kohäsion Bemessungswert des Reibungswinkels Bemessungswert der Kohäsion Teilsicherheitsbeiwert für den Reibungsbeiwert Teilsicherheitsbeiwert für die Kohäsion

18 γ R : γ G,Q : Festlegung der Teilsicherheitsbeiwerte Grundsatz: Beibehaltung des Sicherheitsniveaus des globalen Sicherheitskonzepts γ R γ G,Q η global Teilsicherheitsbeiwert für den Widerstand Teilsicherheitsbeiwert für die ständigen bzw. veränderlichen Beanspruchungen η global : globaler Sicherheitsbeiwert

19 Festlegung der Teilsicherheitsbeiwerte η global = γ G,Q γ R γ R η global / γ G,Q Beispiel der Grundbruchsicherheit mit: η global = 2,0 nach DIN 1054 für LF1 und γ 1,40 als Mittelwert von γ G,Q G = 1,35 und γ Q = 1,50 Teilsicherheitsbeiwert des Grundbruchwiderstands: γ Gr 2,0 / 1,40 1,40

20 Grenzzustand des Verlusts der Lagesicherheit (EQU, UPL, HYD) Versagen des Baugrunds ohne dass die Festigkeit des Baugrunds in Anspruch genommen wird: E dst,d E stb,d E dst,d : Bemessungswert der ungünstigen, destabilisierenden Einwirkung E stb,d : Bemessungswert der günstigen, stabilisierenden Einwirkung

21 Grenzzustand des Verlusts der Lagesicherheit (EQU, UPL, HYD) E dst,d E stb,d E G,dst,k γ G,dst + E Q,dst,k γ Q,dst E stb,k γ G,stb E G,dst,k : charakteristischer Wert der ungünstigen, destabilisierenden ständigen Einwirkung E Q,dst,k : charakteristischer Wert der ungünstigen, destabilisierenden veränderlichen Einwirkung E G,stb,k : charakteristischer Wert der günstigen, stabilisierenden Einwirkung γ G(Q),dst : Teilsicherheitsbeiwert für die ungünstigen, destabilisierenden ständigen (veränderlichen) Einwirkung γ G,stb : Teilsicherheitsbeiwert für die günstigen, stabilisierenden ständigen Einwirkung

22 Bemessungssituationen Ständige (persistent) Bemessungssituation (BS-P): ihr entsprechen die üblichen Nutzungsbedingungen des Tragwerks (früher Lastfall 1) Vorübergehende (transient) Bemessungssituation (BS-T): ihr entsprechen zeitlich begrenzte Zustände (früher Lastfall 2) Außergewöhnliche (accidental) Bemessungssituation (BS-A): sie bezieht sich auf außergewöhnliche Bedingungen für das Tragwerk (früher Lastfall 3) Bemessungssituation mit Erdbeben (BS-E).

23 E d Ermittlung und Kombination von Bemessungswerten = γ j 1 G,j E(G k, j ) + γ Q, 1 E(Q k, 1 ) + i>1 γ Q,i ψ 0,i E(Q E d Bemessungswert der Beanspruchungen γ G,j Teilsicherheitsbeiwert der ständigen Beanspruchungen E(..) Beanspruchung von (..) G k,j charakteristische Wert einer ständigen Einwirkung γ Q,i Teilsicherheitsbeiwert der veränderlichen Beanspruchungen Q k,1 charakteristische Wert der Leiteinwirkung der veränderlichen Einwirkungen ψ Kombinationsbeiwert Q k,j charakteristische Wert der Begleiteinwirkungen der veränderlichen Einwirkungen k, i )

24 Teilsicherheitsbeiwerte (2005) (2010) Einwirkung bzw. Beanspruchung Formelzeichen LF 1 BS-P LF 2 BS-T LF 3 BS-A Hydraulischen Grundbruch und Aufschwimmen (HYD und UPL) Destabilisierende ständige Einwirkungen Stabilisierende ständige Einwirkungen Destabilisierende veränderliche Einwirkungen γ G,dst γ G,stb γ Q,dst 1,00 1,05 0,90 0,95 1,00 1,50 1,00 1,05 0,90 0,95 1,00 1,30 Versagen von Bauwerken und Baugrund (STR und GEO) 1,00 1,00 0,95 0,95 1,00 1,00 Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen allgemein γ G 1,35 1,20 1,00 1,10 Beanspruchungen aus ständigen Einwirkungen allgemein γ Q 1,50 1,30 1,00 1,10

25 Teilsicherheitsbeiwerte bei Pfählen Widerstand Spitzenwiderstand Mantelreibung (Druck) Gesamtwiderstand (Druck) Mantelreibung (Zug) Pfahlwiderstände auf der Grundlage von Erfahrungswerten Zugpfähle (nur in Ausnahmefällen) Formelzeichen γ b γ s γ t γ s,t γ s,t LF 1 BS-P 1,20 1,10 1,20 1,1 1,20 1,10 1,30 1,15 1,40 1,50 LF 2 BS-T Pfahlwiderstände aus statischen Pfahlprobebelastungen 1,20 1,10 1,20 1,10 1,20 1,10 1,30 1,15 1,40 1,50 LF 3 BS-A 1,20 1,10 1,20 1,10 1,20 1,10 1,30 1,15 1,40 1,50

26 Pfahlgründungen R c,k = MIN ( R ) ( R ) c,m ξ 1 mitt ; c,m ξ 2 min (7.2) R c,k charakteristischer Pfahlwiderstand (R c,m ) mitt Mittelwert der gemessenen Pfahlwiderstände ξ 1 Streuungsfaktor für die Mittelwerte (R c,m ) min Kleinstwert der gemessenen Pfahlwiderstände ξ 2 Streuungsfaktor für den Kleinstwert Anzahl der Probebelastungen ξ ,35 1,25 1,15 1,05 1,00 ξ 2 1,35 1,15 1,00 1,00 1,00 3 4

27 Kippnachweis in der DIN 1054 (2005) DIN 1054:2005 Grenzzustand Kippen η=1,50 Verdrehungen Nur ständige Einwirkungen b 6 e k b 3 e k Ständige und veränderliche Einwirkungen - η = M V /M H = 1,50 M H V V

28 Nachweis EQU für stark exzentrisch beanspruchte Gründungen DIN 1054(2010) V G M H EQU: E dst E stb => M dst M stb M H γ Q,dst M v γ G,stb γ G,stb = 0,90, γ G,dst = 1,10, γ Q,dst = 1,50 η = M V /M H = γ Q,dst / γ G,stb = 1,67

29 Grenzzustand der Lagesicherheit EQU DIN 1054:2005 Grenzzustand Kippen Verdrehungen Nur ständige Einwirkungen b 6 e k b 3 e k Ständige und veränderliche Einwirkungen - DIN 1054:2010 Kippen (EQU) Verdrehungen b 2,44 e k b 6 e k b 3,33 e k b 3 e k

30 Vereinfachter Nachweis in Regelfällen Tabelle A 6.7: Bemessungswert des Sohlwiderstandes σ R,d für Streifenfundamente auf tonig schluffigem Boden (UM, TL, TM) kleinste Einbindetiefe des Fundamentes m 0,50 1,00 1,50 2,00 mittlere einaxiale Druckfestigkeit q u,k in kn/m bis 300 Achtung: die Werte sind Bemessungswerte des Sohlwiderstandes, keine zulässigen Sohldruckspannungen! Bemessungswert des Sohlwiderstandes σ R,d kn/m 2 steif mittlere Konsistenz halbfest bis 700 fest > 700

31 Verankerungen Enthält Regelungen für alle Ankertypen Prüfkräfte für Eignungs- und Abnahmeprüfungen für Dauer- und Kurzzeitanker: P p = 1,1 P d P p Prüfkraft P d Bemessungswert der Ankerbeanspruchung Einzelheiten zur Durchführung von Ankerprüfungen enthält der Fachbericht zu DIN EN 1537

32 Nachweise nach dem globalen Sicherheitskonzept und dem Teilsicherheitskonzept Baugrundmodel Schichtgeometrie Bodenkennwerte Bodenmechanisches Berechnungsmodel(le) Globales Sicherheitskonzept Teilsicherheitskonzept Belastungen Lastfall Erforderliche Sicherheit η erf Einwirkungen Bemessungssituation Teilsicherheitsbeiwerte γ R, γ G, γ Q Berechnung: Beanspruchung E und Widerstand R des Bodens Sicherheitsnachweis: η = R / E η erf Sicherheitsnachweis: E G γ G + E Q γ Q R k / γ R

33 Normenhandbuch zu EC 7-1 und DIN 1054 Zusammenführung von europäischen und nationalen Normen Eurocode 7 und DIN 1054:2009 Grenzzustände Teilsicherheitsbeiwerte Bemessungssituationen. Wie geht es weiter?

34 International Workshop on the Evaluation of Eurocode 7 Trinity College, Dublin, 31 March and 1 April 2005

35 from Trevor Orr, 2005

36 The The need for for research for for further harmonization of of geotechnical design in in Europe by by Subcommittee Subcommittee 7 7 Geotechnical Geotechnical Design Design of of CEN/TC CEN/TC Structural Structural Eurocodes Eurocodes Date: 29 June 2007 Date: 29 June 2007

37 Forschungsbedarf Reduzierung der national zu bestimmenden Parameter (NDP) und der Nachweisverfahren zur Angleichung des Sicherheitsniveaus in der EU. Harmonisierung der Berechnungsmodelle zur Ermittlung der geotechnischen Einwirkungen und Widerstände Harmonisierung der Auswertung von Feld- und Laborversuchen zur Ermittlung geotechnischer Parameter Regeln für die Anwendung von numerischen Modellen bei der Bemessung mit dem Teilsicherheitskonzept.

38 2. Umfrage des ETC 10 Beispiel Zentrisch belastetes Streifenfundament in Sand Streifenfundament mit geneigter exzentrischer Belastung Pfahlgründung in Ton Wasserdruck auf eine Kellerwand Spüldeich auf weichem zersetzen Torf Baugrundaufschlüsse Bohrungen, CPT-Profile Bohrungen, SPT-Profile, Wassergehalte Bohrungen, c u aus Triaxial- Versuchen, CPT-Profile, SPT-Profile, Pressiometerversuche Bohrungen mit unterschiedliche hydrogeologische Bedingungen Bohrungen und Profile mit c u aus Flügelsonderungen

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41 2 nd International Workshop on Evaluation of Eurocode 7 EUCENTRE, Pavia, April 2010

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48 Comparison EC7 with previous design Is EC7 - Design Conservative? 9 8 No. of participants Very Conservative Conservative About right Unconservative Very unconservative No. of Participants More conservative About the same Less conservative 2nd International Workshop on Evaluation of Eurocode 7, Pavia, Italy, April 2010

49 Contributions by country

50 Arbeitsschwerpunkte des SC 7 Ansatz der Wasserdrücke Verminderung der Nachweisverfahren Numerische Verfahren Bewehrte Erde Wahl der charakteristischen Werte Verbindung zu EC 8 Erdbeben Harmonisierung der NDP Teilsicherheitsbeiwerte/ Zuverlässigkeitsklassen Eurocode 7-2 Auftrieb und Hydraulisches Versagen

51 Fehmarn Belt

52 3 rd International Symposium on Geotechnical Safety and Risk, 2 3 June, 2011, Munich, Germany Risiko Beurteilung und Risiko Management mit Normen und Standards Risiko und Zuverlässigkeit von geotechnischen Bauwerken Risiko Beurteilung und Management von geotechnischen Naturkatastrophen Praktische Anwendungen und Fallstudien