Verankerungen ÖNORM EN ÖNORM B Verankerungen von. Bauwerkswänden, Bauwerkssohlen, Böschungen, Zuggliedern, etc.

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1 Die Einführung des EC 7, Teil 1 ÖNORM EN ÖNORM B VERANKERUNGEN K. Breit, L. Martak, M. Suppan von Bauwerkswänden, Bauwerkssohlen, Böschungen, Zuggliedern, etc. 2 1

2 Um das gängige Sicherheitsniveau nicht zu unterschreiten werden geeignete Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen γ E (Beanspruchungen γ G, γ Q ) und Widerstände γ R (γ a ) Einwirkungen (Beanspruchungen) in Abhängigkeit der Bemessungssituationen BS1, BS2 und BS3 definiert Widerstände in Abhängigkeit der Schadensfolgeklassen CC1, CC2 und CC3 festgelegt Anpassungswerte η (Abhängig von Schadensfolgeklassen CC1 bis CC3) siehe Tabelle 12 des NAD als Faktor des Bemessungswertes des Materialwiderstandes des Zuggliedes eingeführt 3 derzeit gültig: ÖNORM EN 1537 Verpressanker oft verwendet: ÖNORM B 4455 Vorgespannte Anker für Festgestein und Lockergestein neu: ÖNORM EN und ÖNORM B zusätzlich: ÖNORM pren ISO Geotechnische Erkundungen- Prüfungen von Geotechnischen Bauwerken und Bauwerksteilen- Teil 5: Ankerprüfungen 4 2

3 Nachweisführung der Grenzzustände GEO und STR gemäß ÖNORM B : E Boden,m mittlerer Steifemodul l tf l freie Stahllänge Stauchungslänge des Bodens P 0 h γ W - σ Beton Festlegekraft h Anstieg des Berechnungswasserstandes γ W Wichte des GW σ Beton Vertikalbelastung der Bodenplatte P p = 1,25 P k Prüfkraft P k charakteristischer Wert der Ankerbelastung Porenwasserdruck p W 6 3

4 Lastfall 1 σ vtotal = σ eff + p w σ vtotallt 1 = σ Beton + ΣP o + O 7 σ σ Lastfall 2 = σ vtotal eff + = p w ( σ Beton + ΣPo h γ w) + h γ w σ 1 vtotallt 2 vtotallt Die Festlegekraft P o ändert sich nicht, solange der Auftrieb NICHT die Größe von h*γ w überschreitet 8 4

5 Bild 2 der ÖNORM B 4455 Ausgabe August Ostermayer, H.: 1974: Conference on Diaphragm Walls and Anchorages, London 10 5

6 ÖNORM B 4455, Ausgabe August 1992 bodenphysikalische Randbedingungen g Richtlinien für den Entwurf, Punkt 6.8 der Einbau von Dauerankern ohne besondere Maßnahmen ist nicht gestattet (1) wenn bestimmte Bodenverhältnisse im Bereich des Verpresskörpers vorliegen: organische Böden bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Konsistenzzahl Ic < 0.90 bindige (feinstkörnige) Böden mit einer Fliesgrenze wl > 50% und lockere Sande (mit einer auf den Porenanteil bezogenen Lagerungsdichte D < 0.30) (2)wenn Wasser (Grundwasser) oder Böden anstehen, die Beton stark oder sehr stark angreifen (siehe ÖNORM EN 1008) 11 Vornorm zum Eurocode 7/1, die ENV :1996 Abschnitt Konstruktive Gesichtspunkte, (3) die folgenden Kriterien werden als Richtwerte angesehen, bei deren Überschreitung besondere Vorkehrungen gegen Wasseraggressivität am Beton und am erhärtenden Zementmörtel notwendig sind: ph-wert weniger als 5.5 Kohlensäure CO2 Ammonium NH4 Magnesium Sulphat SO4 mehr als 40 mg/l mehr als 30 mg/l mehr als 1000 mg/l mehr als 200 mg/l Härte (dh) weniger als 30 mg CaO/l 12 6

7 ÖNORM EN 1537: ; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γ q : 0,8 γ q 1,1 Beanspruchung des Untergrundes vorwiegend in Ankerachse Ankersicherung: die Anker sind durch Zug beansprucht Erd- und Wasserdruck: Anker sind vorwiegend durch Zug beansprucht 13 ÖNORM EN 1537: ; Abschnitt D Bemessung von Verpresskörpern (informativ) D.5.1 Ankerbeiwert γ q : 0,8 γ q 1,1 Untergrund wird in Ankerachse und seitlich dazu beansprucht Geländebruch: die Verschiebung erfolgt ± rechtwinkelig zur Ankerachse Hang-/Felssicherung: die Verschiebung erfolgt sehr schief zur Ankerachse 14 7

8 15 Bemessung essu nach B , EN Verfahren 2 gemäß ÖNORM EN :2006 Bemessungssituationen : BS1, BS2, BS3» BS1 : alle Einwirkungen aus normalem Betrieb, ständige Lasten, regelm. NL + Verkehrslasten, also Schnee, Grundwasser, Wind» BS2 : zeitl. begrenzte Zustände, z.b. Bauzustände» BS3 : Außergewöhnliche Situationen Brand, Explosion, Erdbeben etc. 16 8

9 Bemessung nach B , 1 1, EN Schadensfolgeklasse CC1, CC2, CC3» CC1 : keine Gefährdung für Mensch, geringe Folgen Gebäude untergeord. Bedeutung» CC2 : Gefährdung von Menschenleben, Hangsicherungen im Verkehrswegebau» CC3 : Gefährdung vieler Menschen Staudämme, Infrastruktur hoher Bedeutung 17 Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γ E ) Wert Beanspruchung Symbol BS 1 BS 2 BS 3 ungünstig γg 1,35 1,20 1,00 ständig günstig γg 1,00 1,00 1,00 veränderlich ungünstig γq 1,50 1,30 1,00 günstig γq Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen für alle Bemessungssituationen (γ R ) Modellfaktor η Widerstand Kurzzeitanker Daueranker Wert Symbol CC 1 CC 2 CC 3 γa;t 1,05 1,25 1,40 γa;p 1,05 1,25 1,

10 Modellfaktor η Modellfaktor Kurzzeitanker Daueranker Wert Symbol CC 1 CC 2 CC 3 η 1,00 1,10 1,20 η 1,00 1,10 1,20 19 Erforderliche Nachweise Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 20 10

11 STR: Inneres Versagen oder große Verformungen von Bauteilen, wobei die Festigkeiten der Baustoffe für den Widerstand entscheidend sind GEO: Versagen oder große Verformungen des Baugrunds, wobei dessen Festigkeit für den Widerstand entscheidend ist Nachweisverfahren 2 Nachweis E d R d mit E d = γ E E {F rep ; X k ; a d } R d = R {F rep ; X k ; a d }/γ R 21 Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit 1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft 2. Dimensionierung des Verpresskörpers 3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes 22 11

12 Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit g 1. Errechnung des Bemessungswertes der Ankerkraft P d P d wird unter Verwendung der Teilsicherheitsbeiwerte und Variation der Bemessungssituationen ermittelt Maßgebend ist jene Kombination, die ein maximales P d = f(bs1,bs2,bs3) ergibt Zusätzlich ist aus dem statischen Modell die minimal erforderliche freie Stahllänge zu ermitteln P d, l tf Dimensionierung des Verpresskörpers P d R a;d P k charakteristischer Wert der Ankerbelastung P = d P k R a;d = R γ γ a;k a E P d R a;k R a;d γ E γ a Bemessungswert der Ankerbelastung charakteristischer Herauszieh-Widerstand Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes Teilsicherheitsbeiwert für Beanspruchungen Teilsicherheitsbeiwert i h it i t für Widerstände d vorgespannter Anker gegen Herausziehen R a,d L Fixed kann gewählt werden 24 12

13 3. Dimensionierung des Stahlzuggliedes R a;d R t;d (ÖNORM EN , Gl. 8.3) P d R a;d R t;d R t;d = f pd A a,erf (1/η) f pd =f p0,1k /γ s A a;erf f pd f p0,1k γ s η erforderliche Querschnittsfläche des Ankerzuggliedes Bemessungswert der Stahlspannung Spannung bei 0,1%-Dehngrenze des Stahlzuggliedes li Teilsicherheitsbeiwert des Stahlzuggliedes (γ s =1,15 gemäß ÖNORM B ) Faktor in Abhängigkeit von den Schadensfolgeklassen 25 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Die Gebrauchstauglichkeit eines JEDEN Ankers ist zumindest mit der Abnahmeprüfung nachzuweisen. Prüfkräfte entsprechend Kapitel ÖNORM B :2007, die Durchführung der Prüfung selbst erfolgt gemäß ÖNORM EN

14 Prinzipiell 3 Arten von Ankerprüfungen Untersuchungsprüfungen Eignungsprüfungen Abnahmeprüfungen 27 Untersuchungsprüfungen Nur bei ausgewählten Bauprojekten Als Ergebnis erhält man den maximalen Herauszieh- Widerstand Nachteil : Anker können nicht als Bauwerksanker verwendet werden und großer Zeitbedarf 28 14

15 Eignungsprüfung In Österreich gängige Praxis, die für die statischen Berechnungen zu Grunde gelegten Annahmen hinsichtlich des Herausziehwiderstandes mittels Eignungsprüfung zu überprüfen. Anzahl : 3 Anker pro Baustelle Prüfkraft BS1, BS2 P p = 1,25 P k BS3 P p = 0.90 P d Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Abnahmenprüfung An JEDEM Anker Prüfkräfte analog Eignungsprüfungen BS1, BS2 BS3 P p = 1,25 P k P p = 0.90 P d Durchführung und Prüfintervalle gemäß ÖNORM EN

16 Beispiel 1 Beispiel 1 Schadensfolgeklasse CC 2 Bodenart: schluffiger Sand, dicht gelagert Ankerbelastung Bemessungssituation 1 (ständige BS) Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS) Ständige Ankerbelastung P G,k [kn] Veränderliche Ankerbelastung P Q,k [kn] Gesucht? 1. Ermittlung des Bemessungswertes der Ankerbelastung P d 2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit - Dimensionierung des Verpresskörpers - Dimensionierung des Stahlzuggliedes 3. Ermittlung der Prüfkraft P p für die Eignungs- und Abnahmeprüfung 4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 32 16

17 Bemessungswert der Ankerbelastung P d Bemessungssituation 1 Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γ E ): ÖNORM B , Tabelle 9 ständig ungünstig: BS 1 γ G = 1,35 P d = P G,k γ G P d = 300 1,35 = 405,00 kn Bemessungssituation 2 Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen (γ E ): ÖNORM B , Tabelle 9 ständig ungünstig: BS 2 γ G = 1,20 veränderlich ungünstig: BS 2 γ Q = 1,30 P d = P G,k γ G + P Q,k γ Q P d = 300 1, ,30 = 490,00 kn 33 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Verpresskörpers Stahlbeton b/l = 2,0/2,0 m 0,80 2,00 Litzenanker t =? t = L Free + L Fixed L Free = 0,80 + 4,00 = 4,80 m L Free L Fixed freie Ankerlänge Krafteintragunglänge 34 17

18 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Verpresskörpers Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes: P d R a;d (ÖNORM EN , Gl. 8.1) R a;d = P d R a;k a γ a Ra;k (ÖNORM EN , Gl. 8.2) γ Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen (γ R ) für alle Bemessungssituationen: Tabelle 11, ÖNORM B : Daueranker, CC 2: γ a = 1,25 Ra;k 490 kn Ra, k 612,50 kn 1,25 35 Herauszieh-Widerstand (Untersuchungsprüfung) Gemessene Kraft-Verschiebungslinien aus der Untersuchungsprüfung kopfverschiebung [mm] Ankerk 36 18

19 Herauszieh-Widerstand (Ostermayer) R a,k = 700 kn (Bruch) Bodenart: schluffiger Sand, dicht gelagert 37 Herauszieh-Widerstand Definition Bruch: Kriechmaß 2 mm (ÖNORM EN 1537) R a;k =0, = 679,00 kn R a;d = R γ a;k a 679 = = 543,20 kn 1,25 P d R a;d 490,00 kn < 543,20 kn Ed 490,00 Ausnutzungsgrad: μ = = = 0, 90 R 543,20 Ankerlänge t: t = L Free + L Fixed = 4,80 + 5,00 = 9,80 m d 38 19

20 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes R a;d R t;d (ÖNORM EN , Gl. 8.3) ; ; P d R a;d R t;d P k γ E R a;k γ a R t;d R t;d =f pd A a;erf (1/η) f pd =f p0,1k /γ s 39 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60 (15,2 mm ), 1 = 2,54 cm Stahlgüte St 1570/1770 Mechanische Eigenschaften Streckgrenze f yk = 1570 N/mm 2 Zugfestigkeit f pk = 1770 N/mm 2 0,1%-Dehngrenze f p0,1k = 0,9 f pk = 1593 N/mm 2 E-Modul E p = N/mm 2 Nennquerschnitt A p = 140 mm

21 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes P d R a;d R t;d R a;d = 543,20 kn = N 543,20 kn R t;d R t;d = f pd A a;erf (1/η) R a;d f pd A a;erf (1/η) f pd = f p0,1k /γ s = 1593/1,15 = 1385 N/mm 2 Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1, N 1385 N/mm 2 A a,erf (1/1,10) A a;erf 431 mm 2 4 Spannstahl-Litzen 0,60 (140 mm 2 ), Stahlgüte St 1570/ Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung ÖNORM B : BS 1 und BS 2: P p = 1,25 P k BS 3: P p = 090 0,90 P d Bemessungssituation 2: P G,k = 300,00 kn P Q,k = 100,00 kn P k = P G,k + P Q,k = 300, ,00 = 400,00 KN P p = 1,25 P k = 1,25 400,00 kn = 500,00 kn 42 21

22 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ÖNORM B : Die Gebrauchstauglichkeit jedes Einzelankers ist mit der Abnahmeprüfung nachzuweisen. Abnahmeprüfung: P p = 1,25 P k = 1,25 400,00 kn = 500,00 kn 43 Beispiel 2 Bodenkennwerte (charakteristisch): ϕ k = 35 γ =180kN/m k 18,0 3 δ k = 2/3 ϕ k Erddruck: 50% E a, 50% E 0 Schadensfolgeklasse CC 2 Lasten Bemessungssituation 1 (ständige BS) Bemessungsituation 2 (vorübergehende BS) Ständige Last p k [kn/m²] - - Veränderliche Last q k,1 [kn/m²] Veränderliche Last q k,2 [kn/m²]

23 Gesucht? 1. Ermittlung der Ankerbelastung P k und P d 2. Nachweis für den Grenzzustand der Tragfähigkeit - Dimensionierung des Verpresskörpers - Dimensionierung des Stahlzuggliedes 3. Ermittlung der Prüfkraft P p für die Eignungs- und Abnahmeprüfung 4. Nachweis für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 45 Ankerbelastung P k und P d Ankerbelastung pro Meter Ankerkraft P [kn/m] BS 1 BS 2 charakteristische Ankerkraft P k 203,47 224,55 Bemessungswert der Ankerkraft P d 281,22 275,92 Mit einem gewählten Ankerabstand von 2,00 m ergibt sich die Ankerbelastung Ankerkraft P [kn] BS 1 BS 2 charakteristische Ankerkraft P k 406,94 449,10 Bemessungswert der Ankerkraft P d 562,44 551,

24 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Verpresskörpers Bemessungswert des Herauszieh-Widerstandes: P d R a;d (ÖNORM EN , Gl. 8.1) R a;d = P d R γ R a;k a γ a;k a (ÖNORM EN , Gl. 8.2) Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände vorgespannter Anker gegen Herausziehen (γ R ) für alle Bemessungssituationen: Tabelle 11, ÖNORM B : Daueranker, CC2: γ a = 1,25 Ra;k 562,44 kn Ra, k 703,05 kn 1,25 47 Herauszieh-Widerstand R a,k = 975 kn (Bruch) R a;d = R γ a;k a 975 = = 780,00 kn 1,25 Nachweis: P d R a;d 562,44 kn < 780,00 kn Ed 562,44 Ausnutzungsgrad: μ = = = 0, 72 R 780,00 d 48 24

25 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes R a;d R t;d (ÖNORM EN , Gl. 8.3) ; ; P d R a;d R t;d P k γ E R a;k γ a R t;d R t;d =f pd A a,erf (1/η) f pd =f p0,1k /γ s 49 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes Gewählt: Spannstahl-Litze 0,60 (15,2 mm ), 1 = 2,54 cm Stahlgüte St 1570/1770 Mechanische Eigenschaften Streckgrenze f yk = 1570 N/mm 2 Zugfestigkeit f pk = 1770 N/mm 2 0,1%-Dehngrenze f p0,1k = 0,9 f pk = 1593 N/mm 2 E-Modul E p = N/mm 2 Nennquerschnitt A p = 140 mm

26 Grenzzustand der Tragfähigkeit Dimensionierung des Stahlzuggliedes P d R a;d R t;d R a;d = 780 kn = N 780 kn R t;d R t;d = f pd A a,erf (1/η) R a;d f pd A a,erf (1/η) f pd = f p0,1k /γ s = 1593/1,15 = 1385 N/mm 2 Tabelle 12: Daueranker, CC 2: η = 1, N 1385 N/mm 2 A a,erf (1/1,10) A a,erf 619 mm 2 5 Spannstahl-Litzen 0,60 (140 mm 2 ), Stahlgüte St 1570/ Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge Bruch in der tiefen Gleitfuge nach Kranz (Bild EB 44-1) 52 26

27 Länge des Verpressankers: Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge maximaler charakteristischer Ankerwiderstandes R a,k Nachweis: P d R a,d Teilsicherheitsbeiwerte für Widerstände von Stützbauwerken (γ R ): ÖNORM B , Tabelle 11 Ra,k R Erdwiderstand BS 1: γ R;e = 1,40 a,d = γr;e 53 Prüfkraft für Eignungs- und Abnahmeprüfung ÖNORM B : BS 1 und BS 2: P p = 1,25 P k BS 3: P p = 0,90 P d Bemessungssituation 2: P k = 449,10 KN P p = 125 1,25 P k = 125 1,25 449,10 kn = 561,38 kn 54 27

28 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ÖNORM B : Die Gebrauchstauglichkeit jedes Einzelankers ist mit der Abnahmeprüfung nachzuweisen. Abnahmeprüfung: P p = 1,25 P k = 1,25 449,10 kn = 561,38 kn 55 28