Kommentar zum Handbuch Eurocode 7 - Geotechnische Bemessung

Allgemeine Regeln

Anton Weißenbach, Bernd Schuppener

• Verlag: Ernst & Sohn
• Jahr: 2012
• ISBN:
  9783433601525
• Auflage: 1
• Thema: Technology & Engineering
• Thema: Civil Engineering

The commentary provides detailed foundations and explanations for a better understanding of the new terminology, regulations and definitions. The examples show how the new definitions can be put into practice in concrete situations. The book illustrates how the standard stability analyses in soil engineering, e.g. for flat footings, pile foundations, retaining structures, construction pit supports, anchorages or slopes, as well as checks against uplift and hydraulic ground failure can be performed based on Eurocode?s partial safety concept.

Teil B

Kommentare zu den Abschnitten des Handbuchs EC 7-1

B 1

Allgemeines

Prof. Dr.-Ing. P.-A. von Wolffersdorff

1.5 Begriffe

1.5.1 Einheitliche Begriffe in allen Eurocodes

Im Eurocode „Grundlagen der Tragwerksplanung“ (EN 1990) sind die grundlegenden Begriffe, die die Bemessung von Bauwerken und Bauteilen sowie die Grundlagen des Sicherheitskonzeptes betreffen, enthalten. Ihre Kenntnis ist für einen sicheren Umgang mit dem vorliegenden Normenhandbuch unerlässlich. Es wird daher für ungeübte Anwender dringend empfohlen, die Begriffsdefinition von EN 1990 mit hinzuzuziehen.

A 1.5.3 Weitere Begriffe

Die hier aufgeführten Begriffe erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. In den ergänzenden Regelungen in DIN 1054:2010-12 wurde angestrebt, möglichst viele Begriffe im Text selbsterklärend darzustellen, wie z. B. konstruktive Böschungssicherungen.

1.6 Symbole

Es sei darauf hingewiesen, dass die Übersetzung der Bedeutung des Symbols E_d als „Bemessungswert der Beanspruchungen“ unvollständig ist. Richtig muss es heißen: „E_d Bemessungswert der Auswirkung einer Einwirkung“. Auswirkungen von Einwirkungen können neben den Beanspruchungen auch Verformungen oder Verschiebungen sein. So bezeichnet E_d in der allgemeinen Grenzzustandsgleichung (2.10) für die Gebrauchstauglichkeit den Bemessungswert einer Verformung oder Verschiebung.

A 1.7 Ergänzende Symbole

In Abschnitt 1.6 „Symbole des EN 1997-1“ werden mehrfache tiefgestellte Indices durch Semikolon getrennt. Im Unterschied dazu werden bei den ergänzenden Symbolen in DIN 1054:2010-12 in Anlehnung an den grundlegenden Eurocode „Grundlagen der Tragwerksplanung“ (DIN EN 1990) und auch in allen anderen deutschen Fassungen der Eurocodes mehrfache tiefgestellte Indices durch Komma getrennt. Die deutschen Anwender sollten einheitlich mehrfache tiefgestellte Indices durch Komma trennen.

Unter der Rubrik „Abkürzungen“ sind Definitionen für GEO-2 und GEO-3 angegeben. Im Eurocode 7 werden Grenzzustände des Bodens nur mit der Abkürzung GEO bezeichnet. Da gemäß Nationalem Anhang EN 1997-1/NA Grenzzustände des Bodens sowohl unter Anwendung des Nachweisverfahrens 2 als auch des Nachweisverfahrens 3 untersucht werden können, ist bei der ursprünglichen Abkürzung GEO nicht erkennbar, welches der beiden Nachweisverfahren verwendet wird. Deswegen wurden die beiden oben genannten Abkürzungen in den ergänzenden Regelungen eingeführt. Diese Erweiterung der Abkürzungen steht nicht in Widerspruch zu EN 1997, sondern ist als hilfreicher Zusatz für den Nutzer anzusehen.

B 2

Grundlagen der geotechnischen Bemessung

Dr.-Ing. Bernd Schuppener

In diesem Kapitel werden die grundlegende Philosophie und die Konzepte des Eurocodes 7-1 „Allgemeine Regeln“ dargestellt. Das Kapitel kommentiert:

− die Regelungen in Abschnitt 2 des Eurocodes, gemeinsam mit

− den ergänzenden Regelungen des Nationalen Anhangs und von DIN 1054 sowie

− Anhang A zu den Teilsicherheitsbeiwerten und Streuungsfaktoren und

− Anhang B mit Erläuterungen zu den Teilsicherheitsbeiwerten.

2.1 Anforderungen an Entwurf, Berechnung und Bemessung

A 2.1.1 Vorgaben zu Bemessungssituationen und Grenzzuständen

Zu Definition und Bedeutung des Begriffs „Bemessungssituation“ gibt Kapitel 2.2 Auskunft; die in der Geotechnik relevanten Grenzzustände werden in 2.4.7.1 definiert.

((1)P))

Der Begriff „vergleichbare Erfahrung“ ist in Abschnitt 1.5.2.2 definiert. Er wird im Eurocode wiederholt und in verschiedenen Zusammenhängen verwendet, um deutlich zu machen, wie stark die Bemessung in der Geotechnik auf Erfahrungen beruht und wie wichtig daher die Absicherung einer Planung durch eine Überprüfung anhand von Erfahrungen ist.

((7))

A 2.1.2 Geotechnische Kategorien

Die Verwendung von Geotechnischen Kategorien (GK) ist den Mitgliedsländern des CEN (Comité Europeén de Normalisation, Europäisches Komitee für Normung) freigestellt. Für Deutschland wird ihre Verwendung im Nationalen Anhang verbindlich vorgeschrieben.

((8)P bis A (29))

In die Geotechnische Kategorie GK 1 fallen einfache Konstruktionen mit geringem Schadenspotenzial und einfachen Bodenverhältnissen, bei denen die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit aufgrund von örtlichen Erfahrungen – d. h. ohne erdstatische Nachweise – beurteilt werden können. Die Mehrzahl der geotechnischen Konstruktionen ist in die Geotechnische Kategorie GK 2 einzustufen, deren Bemessung der EC 7-1 regelt. Besonders schwierige und komplexe Probleme sind der Geotechnischen Kategorie GK 3 zuzuordnen, für die der EC 7-1 nur einige wenige Empfehlungen gibt. Genauere Hinweise zur Festlegung der Geotechnischen Kategorie eines Bauwerks enthalten die Abschnitte 6 bis 12 sowie Anhang AA „Beispiele für Merkmale zur Einstufung in die Geotechnischen Kategorien“.

Bild B 2.1 Festlegung und Überprüfung der Geotechnischen Kategorien im Verlauf von Entwurf, Berechnung, Bemessung und Bauausführung (die Zahlen in Klammern bezeichnen die entsprechenden Abschnitte des Handbuchs))

Die Regelungen und Anforderungen des Handbuchs gehen im Grundsatz von Bauwerken der Geotechnischen Kategorie GK 2 aus. Für Bauwerke der GK 3 gelten sie selbstverständlich auch. Welcher zusätzliche Aufwand bei den Baugrunduntersuchungen, den rechnerischen Nachweisen und den Bauwerksmessungen für Bauwerke der Geotechnischen Kategorie GK 3 erforderlich wird, ist in keiner Norm geregelt. Dies hat der entwerfende Ingenieur ggf. mit dem Prüfer zu entscheiden.

Festlegung und Überprüfung der Geotechnischen Kategorien im Verlauf von Entwurf, Berechnung, Bemessung und Bauausführung sind in Bild B 2.1 dargestellt.

In A 2.1.2.3 wird für Bauwerke der Geotechnischen Kategorie GK 2 ein rechnerischer Nachweis auch der Gebrauchstauglichkeit gefordert. Dies gilt jedoch mit Einschränkungen, da aufgrund von Erfahrungen in einer Reihe von Fällen bei einer ausreichenden Sicherheit im Grenzzustand der Tragfähigkeit auch eine ausreichende Sicherheit im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit gegeben ist, wie z. B. bei Flachgründungen (Abschnitt A 6.6.6), bei Stützwänden (Abschnitt A 9.8.1.2) und bei Böschungen [Abschnitt 11.6 A (4)].

(A (18))

In (21) und A (22) wird darauf hingewiesen, dass für Bauwerke der Geotechnischen Kategorie GK 3 zusätzliche Untersuchungen und vertiefte Kenntnisse erforderlich sind. Damit wird indirekt ausgedrückt, dass das Handbuch EC 7-1 in erster Linie für Bauwerke der Geotechnischen Kategorien GK 2 und GK 3 gilt. Für die Geotechnische Kategorie GK 3 legt es Mindestanforderungen fest.

((21) und A (22))

2.2 Bemessungssituationen

Der Eurocode „Grundlagen der Tragwerksplanung“ (DIN EN 1990:2010) definiert in 1.5.2.2 Bemessungssituationen als „eine Reihe von physikalischen Bedingungen, die ersatzweise für die wirklichen Bedingungen innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts angenommen werden, für die die Tragwerksplanung nachweist, dass maßgebende Grenzzustände nicht überschritten werden“ und unterscheidet in 3.2 (2)P in Hinblick auf die anzuwendenden Teilsicherheitsbeiwerte folgende vier Bemessungssituationen:

− ständige Situationen, die den üblichen Nutzungsbedingungen des Tragwerks entsprechen,

− vorübergehende Situationen, die sich auf zeitlich begrenzte Zustände des Tragwerks beziehen, z. B. im Bauzustand oder bei der Instandsetzung,

− außergewöhnliche Situationen, die sich auf außergewöhnliche Bedingungen für das Tragwerk beziehen, z. B. auf Brand, Explosionen, Anprall oder Folgen lokalen Versagens,

− Situationen bei Erdbeben, die die Bedingungen bei Erdbebeneinwirkungen auf das Tragwerk umfassen.

Es versteht sich, dass die gewählten Bemessungssituationen alle Bedingungen hinreichend genau erfassen müssen, die während der Ausführung und Nutzung des Tragwerks vernünftigerweise erwartet werden können [Abschnitt 3.2 (3)]. Diese Definitionen werden in A (4) bis A (6) für die Verwendung in der Geotechnik weiter präzisiert.

Mit den „kurzfristigen“ und „langfristigen Bemessungssituationen“ sind hier die Bauzustände und die Nachweise für die Anfangs- und Endstandsicherheit bei wassergesättigtem bindigen Baugrund gemeint. Vor allem bei weichen bindigen Böden entstehen bei Belastung Porenwasserüberdrücke, die im Anfangszustand eine wesentliche Verminderung der wirksamen Spannungen und damit der Festigkeit zur Folge haben. Die Standsicherheit einer Dammschüttung auf weichem bindigen Boden ist daher im Anfangszustand am kleinsten und maßgebend für die Bemessung. Bei überkonsolidierten, halbfesten bindigen Böden entsteht bei Entlastung – z. B. durch Aushub – ein Porenwasserunterdruck, der eine Erhöhung der wirksamen Spannungen und damit der Festigkeit zur Folge hat. Eine Aushubböschung in einem solchen Boden kann daher nach ihrer Herstellung zunächst standsicher sein und erst später versagen. Nicht in allen Fällen lässt sich mit Sicherheit vorhersagen, ob die Anfangs- oder die Endstandsicherheit für die Bemessung maßgebend ist. Dann sind beide Zustände als Bemessungszustand zu untersuchen.

((1)P)

Im Eurocode 7-1 ist keine gesonderte vorübergehende Bemessungssituation vorgesehen, vielmehr werden vorübergehende und ständige Bemessungssituation wie im übrigen konstruktiven Ingenieurbau zu einer Bemessungssituation zusammengefasst und dafür einheitliche Teilsicherheitsbeiwerte empfohlen. Abschnitt 2.4.7 (5) eröffnet allerdings die Möglichkeit, bei zeitlich befristeten Tragwerken oder bei vorübergehenden Bemessungssituationen kleinere Teilsicherheitsbeiwerte anzusetzen, „wenn die möglichen Folgen dies rechtfertigen.“ Mit „Folgen“ ist hier das Risiko gemeint, das bei einer Reduzierung der Teilsicherheitsbeiwerte deutlich kleiner sein muss als im Normalfall. Von dieser Öffnungsklausel wurde Gebrauch gemacht, um die in Deutschland bewährte Verwendung des Lastfalls 2 in der Geotechnik beibehalten zu können. Die damit verbundene Abminderung der rechnerischen Sicherheiten für Bauzustände wird damit begründet, dass

(A (4)b)

− die Wahrscheinlichkeit von seltenen Vorkommnissen bei einer Bauzeit von Wochen, Monaten oder allenfalls zwei Jahren deutlich geringer ist als bei einer Zeitspanne von 50 Jahren,

− keine nennenswerte Schwächung des Materials, z. B. durch Abrostung bei Stahl oder Verfaulen bei Holz, zu erwarten ist und

− während der Bauzeit fachkundiges Personal anwesend ist, so dass kritische Situationen eher erkannt werden und damit das Risiko eines Schadens deutlich geringer ist.

Bei einer Untersuchung von 800 Schadensfällen kommen Matousek und Schneider (1976) zu dem Ergebnis, dass der weitaus überwiegende Teil der Schäden während der Bauausführung entsteht. Sie zeigen aber auch, dass diese Schäden sich mit entsprechender Bauüberwachung und Kontrollen vermeiden lassen. Insofern ist unbedingt darauf zu achten, dass kritische Situationen während der Bauzeit tatsächlich auch erkannt werden, z. B. durch entsprechend fachkompetentes Personal oder durch messtechnische Überwachungen. Eine entsprechende Vorsorge ist aber weniger durch erhöhte Teilsicherheitsbeiwerte erreichbar.

2.3 Dauerhaftigkeit

In (2) werden die möglichen schädigenden Einflüsse aufgezählt. Wie man ihnen durch angemessene konstruktive Maßnahmen begegnen kann, ist z. B. in DIN EN 1992 bis DIN EN 1996 sowie DIN EN 1998 bis DIN EN 1999 und in folgenden deutschen Normen und Empfehlungen beschrieben:

((2))

− Korrosionsschutzbestimmungen in der EAU,

− Materialanforderungen bei Bohrpfählen in EN 1536,

− Materialanforderungen bei Verpressankern in EN 1537,

− Materialanforderungen bei Injektionen in EN 12715,

− Materialanforderungen bei Schlitzwänden in EN 1538.

Der Eurocode „Grundlagen der Tragwerksplanung“ empfiehlt in Abschnitt 2.3 die in Tabelle B 2.1 dargestellte Klassifizierung der Nutzungsdauer von Bauwerken und damit auch der zugehörigen Gründungen.

Tabelle B 2.1 Klassifizierung der Nutzungsdauer

Klasse der Nutzungsdauer	Planungsgröße der Nutzungsdauer (in Jahren)	Beispiele
1	10	Tragwerke mit befristeter Standzeit^1),
2	10 bis 25	austauschbare Tragwerksteile, z. B Kranbahnträger, Lager,
3	15 bis 30	landwirtschaftlich genutzte und ähnliche Tragwerke,
4	50	Gebäude und andere gewöhnliche Tragwerke,
5	100	monumentale Gebäude, Brücken und andere Ingenieurbauwerke.

¹) Anmerkung: Tragwerke oder Teile eines Tragwerks, die mit der Absicht der Wiederverwendung demontiert werden können, sollten nicht als Tragwerke mit befristeter Standzeit betrachtet werden.

2.4 Geotechnische Bemessung aufgrund von Berechnungen

2.4.1 Allgemeines

Die Bemessung aufgrund von Berechnungen ist das Regelverfahren, um nachzuweisen, dass Grenzzustände mit ausreichender Sicherheit vermieden werden. DIN EN 1990 definiert die Einwirkungen, die bei Berechnungen zu berücksichtigen sind. Ihre zahlenmäßige Größe wird in DIN EN 1991 festgelegt. Das Normenhandbuch regelt, wie die geotechnischen Einwirkungen und die geotechnischen Widerstände in den Nachweisverfahren verwendet werden. In den Anhängen C bis G des EC 7-1 werden Verfahren zur rechnerischen Ermittlung von geotechnischen Einwirkungen und Widerständen angegeben. Diese Anhänge sind informativ. In Deutschland sind die entsprechenden Berechnungsnormen, wie z. B. DIN 4019 für die Grundbruchberechnung und DIN 4085 für die Erddruckberechnung, anzuwenden.

((1)P)

Der entwerfende Ingenieur wird an dieser Stelle mit aller Deutlichkeit darauf hingewiesen, dass „die Kenntnis der Baugrundverhältnisse von Umfang und Güte der Baugrunduntersuchungen abhängt. Deren Kenntnis und die Überwachung der Bauarbeiten sind im Allgemeinen wichtiger für die Einhaltung der grundsätzlichen Anforderungen als die Genauigkeit der Rechenmodelle und Teilsicherheitsbeiwerte.“ Einzelheiten zu Planung, Durchführung und Auswertung von Baugrunduntersuchungen finden sich in Abschnitt 3 und im Handbuch „Eurocode 7 – Geotechnische Bemessung, Band 2: Erkundung und Untersuchung“ (2011).

((2))

Der Entwurf und die Berechnung von Gründungskonstruktionen und die Baugrunduntersuchungen sind als zusammenhängende Aufgabe zu verstehen. Die Sicherheit der Gründung kann nur zuverlässig berechnet werden, wenn die Kenngrößen des Baugrunds zuverlässig und nachprüfbar angegeben werden können (Abschnitt 3 und Kapitel 3). Leider wurde schon DIN 4020:2003-09 im Gegensatz zu DIN 1054:2005-01 von der zuständigen Fachkommission Bautechnik der Bauministerkonferenz nicht zur bauaufsichtlichen Einführung vorgeschlagen. Die Vertreter der obersten Bauaufsichtsbehörden waren der Auffassung, dass dem bauaufsichtlichen Anspruch bereits durch die zahlreichen Verweise auf DIN 4020 in der bauaufsichtlich eingeführten Norm DIN 1054 Genüge getan wird (Schuppener und Ruppert, 2007). Hierdurch wird DIN 4020 zwar ein hoher baurechtlicher Stellenwert zugemessen, aber allein das Vorliegen von Baugrunduntersuchungen nach DIN 4020 gewährleistet noch nicht, dass sie, wie alle anderen wesentlichen Bauunterlagen, entsprechend dem sonst selbstverständlichen Vier-Augen-Prinzip auf ihre Richtigkeit überprüft werden.

Das Vier-Augen-Prinzip ist bei Baugrundgutachten zwar ebenso unentbehrlich wie in der Tragwerksplanung (Katzenbach und Kinzel, 2001), es wird aber nur selten angewandt. Das ist umso erstaunlicher, als die Musterbauordnung mit dem „anerkannten Sachverständigen für Erd- und Grundbau für die Mitwirkung bei der Prüfung von Bauvorlagen“ eine dem Vier-Augen-Prinzip genügende Institution vorsieht. Noebel (1998) weist darauf hin, dass diese Sachverständigen für Erd- und Grundbau „allgemein bauaufsichtliche Bedeutung“ haben, „weil sie sicherheitstechnische Probleme erheblicher Tragweite im Bereich des Erd- und Grundbaus aus fachtechnischer Sicht beurteilen können“. Leider liegt die Beteiligung dieser anerkannten Sachverständigen im Ermessen der prüfenden Bauaufsichtsbehörde oder der in ihrem Auftrag die Prüfaufgabe vornehmenden Personen, die davon zu selten Gebrauch machen.

Hier ist z. B. an den...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Title
• Copyright
• Preface
• Forword
• Author
• Teil A: Einführung
• Teil B: Kommentare zu den Abschnitten des Handbuchs EC 7-1
• Teil C: Berechnungsbeispiele
• Register