Knickproblematik von Mikropfählen

Abstract

Mikropfähle werden als Gründungs- und Nachgründungselement eingesetzt und kommen vor allem bei beengten Platzverhältnissen zum Einsatz.<br />Aufgrund der hohen Schlankheit (D < 0,30 m) sind druckbeanspruchte Mikropfähle bei einer unzureichenden seitlichen Bettung durch den Boden knickgefährdet.<br />In bestehenden österreichischen Normen werden nur Knicksicherheitsnachweise für Mikropfähle in Böden mit undränierter Scherfestigkeit kleiner 10 kN/m² gefordert. Aufgetretene Schadensfälle wurden zum Anlass genommen, sich mit der Thematik Knicken von Mikropfählen genauer zu befassen. Zu Beginn dieser Diplomarbeit werden verschiedene Arten von Mikropfählen vorgestellt. In Österreich kommen größtenteils Verbundpfähle zum Einsatz, das sind mit Zementmörtel verpresste Pfähle mit zentrisch versetzten Stahltraggliedern (Rohre oder Vollstäbe).<br />Auf Basis der erörterten geotechnischen Grundlagen, werden im Abschnitt 7 veröffentlichte Berechnungsmethoden bzw. Lösungsansätze für die Ermittlung der Knick- bzw. Traglast von Mikropfählen beschrieben. Dabei werden Ermittlungsverfahren vorgestellt, mit denen die Knicklast mit oder ohne Ansatz einer stützenden Wirkung durch den seitlich anstehenden Boden (seitliche Bettung) berechnet werden kann. Bei Berechnungsverfahren mit seitlicher Bettung wird wiederum zwischen elastischen, plastischen und elasto-plastischen Modellen unterschieden.<br />Um diese Modelle beurteilen zu können und um diese in weiterer Folge miteinander vergleichen zu können, wurden jene, bei denen eine Berechnung ohne spezielle Software möglich ist, in Excel programmiert und am Beispiel eines Duktilpfahles und eines GEWI-Pfahles vergleichende Berechnungen durchgeführt.<br />Gleichzeitig wurde jeweils ein Vergleich mit der plastischen Normalkrafttragfähigkeit (plastische Grenzlast Npl) des Stahltragglieds angestellt, da diese oft als Maß für die Tragfähigkeit des Mikropfahles herangezogen wird.<br />Im Einzelnen handelt es sich um folgende Rechenmodelle:<br />* Modell Meek * Modell Wimmer/Ettinger * Modell Ofner/Wimmer * Modell Vogt/Vogt/Kellner * Knicklast für elastisch gebettete Stäbe * Modell Bergfelt * Modell Wenz * Knicklast für ungebettete Stäbe nach Euler * Biegeknickbeanspruchbarkeit für ungebettete Knickstäbe nach ÖNORM EN 1993-1-1 Die durchgeführten Berechnungen verdeutlichen, dass die undränierte Scherfestigkeit des Bodens und das Trägheitsmoment des Stahltraggliedes den wesentlichsten Einfluss auf die Knicklast haben. Aber auch der Durchmesser des Verpresskörpers und die Festigkeit des Traggliedes beeinflussen die Berechnungsergebnisse maßgeblich.<br />Die erhaltenen Resultate lassen darauf schließen, dass bei allen Mikropfählen aber ganz besonders bei Mikropfählen mit geringem Trägheitsmoment des Stahltraggliedes die zulässigen Traglasten überschätzt werden. Dies trifft besonders auf Querschnitte mit Vollprofilen zu, da diese auch bei gleicher Querschnittsfläche, und somit bei gleicher plastischer Grenzlast Npl, ein wesentlich geringeres Trägheitsmoment aufweisen und sich somit auch vergleichsweise geringere Knicklasten ergeben. Die Ergebnisse der durchführten Untersuchungen der Berechnungsverfahren deuten darauf hin, dass eine Knickgefährdung auch bei in Böden mit cu >10 kN/m² gebetteten Pfählen vorhanden ist.<br />Da diese Berechnungsmodelle größtenteils nur auf theoretischer Basis aufgestellt wurden und noch keine umfangreichen projektbezogenen Erfahrungen vorliegen, sollten die Forschungen noch intensiviert werden, um gesicherte Aussagen über das Stabilitätsverhalten von Mikropfählen machen zu können.<br />Bis zum Vorliegen weiterer Erkenntnisse wird empfohlen, bereits in der Planung einer Pfahlgründungsmaßnahme mit Mikropfählen eine Untersuchung auf eine mögliche Knickgefährdung auch bei undränierten Scherfestigkeiten > 10 kN/m² durchzuführen.