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Die nationale bzw. europäische Normierung fordert Knicknachweise für schlanke Pfähle, die in Böden mit einer undränierten Scherfestigkeit von cu 15 kN/qm bzw. cu 10 kN/qm hergestellt sind. Bei größeren Scherfestigkeiten wird in der Regel kein Knicknachweis gefordert. Es gibt jedoch Beispiele, dass dieses Vorgehen nicht auf der sicheren Seite liegt. Publikationen, in welchen Modelle zur Lösung des Stabilitätsproblems oder Pfahlprobebelastungen dokumentiert sind, geben Hinweise, dass die Möglichkeit eines Pfahlversagens infolge Knickens durch die normentechnischen Regelungen unterschätzt wird. Mit Erfahrungen aus kleinmaßstäblichen Versuchen wurde ein Versuchsstand aufgebaut, in dem es möglich war, 4 m lange Pfähle einer Probebelastung zu unterziehen. Die Berechnung der Traglasten stabilitätsgefährdeter Pfähle erfolgt nach den einschlägigen Veröffentlichungen auf der Grundlage von Annahmen und Näherungen, die im Forschungsbericht kritisch bewertet und mit den Versuchsergebnissen verglichen werden. Da diese Rechenverfahren die vorliegende Problematik nicht wirklich zutreffend beschreiben, wurde ein eigenes Nachweiskonzept erarbeitet.
Sommario
1 Allgemeines 5
1.1 Einführung in die Problemstellung 5
1.2 Arbeitsablauf 6
2 Grundlagen der Theorie II Ordnung am Beispiel des ungestützten Pfahles 8
2.1 Gleichgewicht am verformten System 8
2.2 Elastisches Knicken des perfekten Stabes 9
2.3 Der imperfekte Druckstab 11
2.4 Besonderheiten des Stahl - Beton - Verbundquerschnitts 13
2.5 Zusammenfassung 14
3 Allgemeine Definitionen und Systemfindung für einen mit Boden
gestützten Pfahl 15
3.1 Statisches System 15
3.2 Beschreibung der seitlichen Bodenreaktion 17
3.2.1 Allgemeines 17
3.2.2 Maximaler Bodenwiderstand (Fließdruck) 18
3.2.3 Ansätze zur Bettung 21
4 Rechenmodelle zur Lösung des Problems 23
4.1 Bereits veröffentlichte Rechenverfahren 23
4.1.1 Knicklasten von Pfählen mit einer elastischen Stützung und konstantem
Bettungsmodulverlauf (ENGESSER, 1885) 23
4.1.2 Das Knicken von schlanken Pfählen in weichen bindigen Erdstoffen (WENZ 1972) 25
4.1.3 Traglastberechnung nach MEEK (1999) 29
4.1.4 Traglastberechnung nach WIMMER und ETTINGER (2004) 32
4.2 Entwickelte Verfahren 34
4.2.1 Beschreibung und Lösung des Problems mit Hilfe der finiten Elemente 34
4.2.2 Direktes numerisches Verfahren zur Ermittlung der Traglast eines verformten Stabes 34
5 Versuchsboden 40
5.1 Herkunft und Mineralogie 40
5.2 Korngrößenverteilung und Durchlässigkeit 40
5.3 Bildsamer Bereich und Klassifizierung nach DIN 4022 41
5.4 Undrainierte Scherfestigkeit 42
5.4.1 Bestimmung der undrainierten Scherfestigkeit mittels Handdrehflügelsonde 42
5.4.2 Messwerte
6 Versuchspfähle 47
6.1 Werkstoffeigenschaften 47
6.1.1 St-52 47
6.1.2 Al Mg Si 0,5 48
6.1.3 BSt 500 S 49
6.1.4 Zementstein C20/25 49
6.2 Modellpfähle 50
6.2.1 Modellpfahl A 50
6.2.2 Modellpfahl B 51
6.3 Pfähle für die Großversuche 52
6.3.1 Pfahl GEWI28 52
6.3.2 Pfahl GEWI28_100 52
6.3.3 Pfahl FLACH40x100 55
7 Kleinmaßstäbliche Versuche 56
7.1 Konzeption 56
7.2 Versuchsergebnisse und Vergleichsrechnung 60
8 Großversuche 66
8.1 Konzeption 66
8.1.1 Konstruktion 66
8.1.2 Instrumentierung 69
8.1.3 Konsolidierung 72
8.2 Versuche 76
8.2.1 Pfahl GEWI28 76
8.2.2 Pfahl GEWI28_100 76
8.2.3 Pfahl FLACH40x100 82
8.3 Zusammenfassung und Vergleichsrechnung 86
8.3.1 Pfahl GEWI28 86
8.3.2 Pfahl GEWI28_100 86
8.3.3 Pfahl FLACH40x100 97
9 Vergleichsrechnungen an weiteren Versuchen 103
9.1 Modellversuche von Wenz 1972 103
9.2 Großversuche von BRANDTZAEG 1957 105
10 Folgerungen 108
10.1 Allgemeines 108
10.2 Ermittlung der maßgebenden Traglast 111
11 Zusammenfassung 121
