11. Auflage
Empfehlungen des Arbeitssausschusses „Ufereinfassungen“ Häfen und Wasserstraßen EAU 2012
Vorwort zur 11. überarbeiteten Auflage der Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ – Häfen und Wasserstraßen Acht Jahre sind seit der 10. Ausgabe der Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ vergangen. In dieser Zeit sind Neuerungen in den jährlichen und teilweise halbjährlichen Technischen Jahresberichten der Jahre 2005 bis 2011 veröffentlicht worden. Nun liegt mit der 11. Auflage eine vollständig fortgeschriebene, in Fachkreisen nur kurz EAU genannte, Fassung des Empfehlungswerks des von der Hafentechnischen Gesellschaft (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) gemeinsam getragenen Ausschusses „Ufereinfassungen“ vor. Ich bin sicher, dass auch diese Auflage wieder zum Standardwerk eines jeden im Hafenbau tätigen Ingenieurs wird. Die wesentlichen inhaltlichen Änderungen betreffen Abschnitt 1 zur Ausführung des Geotechnischen Berichts und der Ermittlung der undränierten Scherfestigkeit, Abschnitt 2 zur Berechnung mit totalen und effektiven Spannungen, Abschnitt 8.1 zum Einbringen von Spundwänden und der Überwachung des Einbringens, Abschnitt 8.2 zum Nachweis der vertikalen Tragfähigkeit und Abschnitt 13 zur Verwendung des p-y-Verfahrens zur Dalbenbemessung. Der bisherige Abschnitt 14 wurde in andere Teile der EAU integriert und der folgende Abschnitt 15 entsprechend neu nummeriert, sodass die vorliegende Fassung nur 14 Kapitel umfasst. Des Weiteren wurde die Nomenklatur an den inzwischen geltenden Eurocode 7 in Verbindung mit dem nationalen Anwendungsdokument DIN 1054 angepasst. Die Zusammensetzung des EAU-Ausschusses orientiert sich an dem vom Deutschen Institut für Normung (DIN) fixierten Grundsatz der angemessenen Vertretung aller interessierten Kreise bzw. des vorhandenen Sachverstandes. Der Ausschuss setzt sich daher aus allen maßgeblichen Fachrichtungen der Technischen Hochschulen, der Bauverwaltungen der großen See- und Binnenhäfen sowie der Bundeswasserstraßen, der Bauindustrie, der Stahlindustrie und der Ingenieurbüros zusammen. An den Arbeiten zur EAU 2012 waren folgende Mitglieder des Arbeitsausschusses beteiligt: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe, Hamburg (Vorsitzender seit 2009) Ir. Tom van Autgarden, Antwerpen Dipl.-Ing. Dirk Busjaeger, Hamburg Ir. Jakob Gerrit de Gijt, Rotterdam Dr.-Ing. Michael Heibaum, Karlsruhe Dr.-Ing. Stefan Heimann, Berlin
Zum Grenzzustand GEO-3 zählt der Nachweis der Sicherheit gegen Geländebruch. DIN 1054 beschreibt in Abschnitt „zu 9.7.2“ die Zustände, für die der Nachweis des Geländebruchs bei Stützwänden zumindest geführt werden sollte. Mit den Nachweisen des horizontalen Fußauflagers der Stützwand im Boden und der Aufnahme der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands wird die erforderliche Einbindelänge der Stützwand in den Baugrund ermittelt. Bei beiden Nachweisen darf auf der Belastungsseite der Stützwand eine Erddruckumlagerung gemäß 8.2.3.1 berücksichtigt werden. Beim Nachweis einer ausreichenden horizontalen Fußauflagerung der Stützwand ist grundsätzlich nur der unabgeminderte Teilsicherheitsbeiwert R,e für den Erdwiderstand anzusetzen. Der Ansatz von abgeminderten Teilsicherheitsbeiwerten wird in den Abschnitten 8.2.1.2 und 8.2.1.3 näher erläutert. Die Gebrauchstauglichkeit (SLS) umfasst Zustände, die das Bauwerk unbrauchbar werden lassen, ohne dass dabei die Tragfähigkeit verloren geht. Bei Uferbauwerken muss dieser Nachweis dahingehend geführt werden, dass die Wandverformung – ggf. unter Berücksichtigung der Ankerdehnung und der daraus resultierenden Setzungen hinter der Wand – für das Bauwerk und die Umgebung unschädlich ist. Weitere Erläuterungen zum Gebrauchstauglichkeitsnachweis siehe DIN 1054:2010-12, Abschnitt „zu 9.8“.
8.2.1.1
Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen und Widerstände (E 214) Bei der Berechnung von Spundwandbauwerken sowie Ankerwänden und -platten von Rundstahlverankerungen sind für Nachweise im Grenzzustand STR folgende Teilsicherheitsbeiwerte maßgebend: – – – –
G und Q für Einwirkungen gemäß Tabelle E 0-1, R,e und R,h für Widerstände gemäß Tabelle E 0-2, R,e,red für den Erdwiderstand nach E 215, Abschnitt 8.2.1.2, G,red für die Wasserüberdruckeinwirkung nach E 216, Abschnitt 8.2.1.3.
Für die Anwendung der reduzierten Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red und G,red wird auf E 215, Abschnitt 8.2.1.2 und E 216, Abschnitt 8.2.1.3 verwiesen.
8.2.1.2
Ermittlung der Bemessungswerte für die Biegebeanspruchungen (E 215) Bei der Ermittlung der Biegemomente darf ein reduzierter Teilsicherheitsbeiwert R,e,red für die Abminderung des Erdwiderstands gemäß Tabelle E 215-1 380
angesetzt werden, wenn unterhalb der Berechnungssohle nichtbindige Böden mit mindestens mittlerer Festigkeit: Festigkeit
Lagerungsdichte D U£3 geringe Festigkeit 0,15 £ D< 0,30 mittlere Festigkeit 0,30 £ D< 0,50 hohe Festigkeit 0,50 £ D< 0,75
U>3 0,20 £ D< 0,45 0,45 £ D< 0,65 0,65 £ D< 0,90
Spitzenwiderstand qc [MN/m2] 5,0 £ qc< 7,5 7,5 £ qc< 15 qc ³15
oder bindige Böden mit mindestens steifer Konsistenz anstehen: Zustandsform weich steif halbfest bis fest
Konsistenzzahl IC 0,50 £ IC< 0,75 0,75 £ IC< 1,00 1,00 £ IC< 1,25
Die Umlagerung des aktiven Erddrucks nach E 77, Abschnitt 8.2.3.1 erfolgt bis zur Berechnungssohle. Tabelle E 215-1. Reduzierte Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red für den Erdwiderstand bei Ermittlung der Biegemomente GEO-2 R,e,red
BS-P 1,20
BS-T 1,15
BS-A 1,10
Stehen ab Berechnungssohle (Solltiefe zzgl. Baggertoleranz, Vorratsbaggerung, Kolkzuschlag etc.) zunächst Böden weicher Konsistenz oder geringer Festigkeit an, dürfen diese zur horizontalen Stützung der Wand nicht herangezogen werden. Diese Schichten dürfen nur als Auflast p0 auf die neue Berechnungssohle, die in Höhe des Beginns der tragfähigen, d. h. der mindestens festen bzw. mindestens steifen, Böden liegt, angesetzt werden. Der reduzierte Teilsicherheitsbeiwert R,e,red zur Ermittlung der Biegemomente darf nur in den tragfähigen Schichten angesetzt werden (Bild E 215-1). Stehen im Erdwiderstandsbereich ausschließlich Böden geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz an, muss die Berechnung der Beanspruchungen mit nicht herabgesetzten Teilsicherheitsbeiwerten R,e durchgeführt werden. 381
Bild E 215-1. Bild E 215 1 Lastbild für die Ermittlung der Biegemomente mit reduzierten Teilsicherheitsbeiwerten bei Böden mit geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz
Wenn auf die Anwendung der herabgesetzten Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red verzichtet wird, ist die Erddruckumlagerungsfigur entsprechend Bild E 215-2 nur bis auf die Tiefe der Gewässer-/Ausbaggerungssohle zu führen. Sind die genannten Randbedingungen für den Ansatz des reduzierten Teilsicherheitsbeiwertes R,e,red erfüllt, darf zur Ermittlung der Biegebeanspruchungen der Einspanngrad für die volle Ausnutzung der mit unabgemindertem Teilsicherheitsbeiwert ermittelten Einbinde-/Bohlenlänge angesetzt werden. Die mit R,e,red ermittelten Schnittgrößen (Momente und Querkräfte) sind für den Nachweis der Spundwand maßgebend. Ankerkräfte und die erforderliche Einbindelänge der Wand dürfen bei Bauwerken, die in den Anwendungsbereich der EAU fallen, nur unter Ansatz des unabgeminderten Teilsicherheitsbeiwertes R,e bestimmt werden. Die Umlagerung des aktiven Erddrucks nach E 77, Abschnitt 8.2.3 erfolgt stets bis zur zuvor definierten Berechnungssohle.
Bild E 215-2. Lastbild für die Ermittlung der Biegemomente mit nicht reduzierten Teilsicherheitsbeiwerten bei Böden mit geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz unterhalb der Berechnungssohle
382
Zum Grenzzustand GEO-3 zählt der Nachweis der Sicherheit gegen Geländebruch. DIN 1054 beschreibt in Abschnitt „zu 9.7.2“ die Zustände, für die der Nachweis des Geländebruchs bei Stützwänden zumindest geführt werden sollte. Mit den Nachweisen des horizontalen Fußauflagers der Stützwand im Boden und der Aufnahme der Vertikalkomponente des mobilisierten Erdwiderstands wird die erforderliche Einbindelänge der Stützwand in den Baugrund ermittelt. Bei beiden Nachweisen darf auf der Belastungsseite der Stützwand eine Erddruckumlagerung gemäß 8.2.3.1 berücksichtigt werden. Beim Nachweis einer ausreichenden horizontalen Fußauflagerung der Stützwand ist grundsätzlich nur der unabgeminderte Teilsicherheitsbeiwert R,e für den Erdwiderstand anzusetzen. Der Ansatz von abgeminderten Teilsicherheitsbeiwerten wird in den Abschnitten 8.2.1.2 und 8.2.1.3 näher erläutert. Die Gebrauchstauglichkeit (SLS) umfasst Zustände, die das Bauwerk unbrauchbar werden lassen, ohne dass dabei die Tragfähigkeit verloren geht. Bei Uferbauwerken muss dieser Nachweis dahingehend geführt werden, dass die Wandverformung – ggf. unter Berücksichtigung der Ankerdehnung und der daraus resultierenden Setzungen hinter der Wand – für das Bauwerk und die Umgebung unschädlich ist. Weitere Erläuterungen zum Gebrauchstauglichkeitsnachweis siehe DIN 1054:2010-12, Abschnitt „zu 9.8“.
8.2.1.1
Teilsicherheitsbeiwerte für Beanspruchungen und Widerstände (E 214) Bei der Berechnung von Spundwandbauwerken sowie Ankerwänden und -platten von Rundstahlverankerungen sind für Nachweise im Grenzzustand STR folgende Teilsicherheitsbeiwerte maßgebend: – – – –
G und Q für Einwirkungen gemäß Tabelle E 0-1, R,e und R,h für Widerstände gemäß Tabelle E 0-2, R,e,red für den Erdwiderstand nach E 215, Abschnitt 8.2.1.2, G,red für die Wasserüberdruckeinwirkung nach E 216, Abschnitt 8.2.1.3.
Für die Anwendung der reduzierten Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red und G,red wird auf E 215, Abschnitt 8.2.1.2 und E 216, Abschnitt 8.2.1.3 verwiesen.
8.2.1.2
Ermittlung der Bemessungswerte für die Biegebeanspruchungen (E 215) Bei der Ermittlung der Biegemomente darf ein reduzierter Teilsicherheitsbeiwert R,e,red für die Abminderung des Erdwiderstands gemäß Tabelle E 215-1 380
angesetzt werden, wenn unterhalb der Berechnungssohle nichtbindige Böden mit mindestens mittlerer Festigkeit: Festigkeit
Lagerungsdichte D U£3 geringe Festigkeit 0,15 £ D< 0,30 mittlere Festigkeit 0,30 £ D< 0,50 hohe Festigkeit 0,50 £ D< 0,75
U>3 0,20 £ D< 0,45 0,45 £ D< 0,65 0,65 £ D< 0,90
Spitzenwiderstand qc [MN/m2] 5,0 £ qc< 7,5 7,5 £ qc< 15 qc ³15
oder bindige Böden mit mindestens steifer Konsistenz anstehen: Zustandsform weich steif halbfest bis fest
Konsistenzzahl IC 0,50 £ IC< 0,75 0,75 £ IC< 1,00 1,00 £ IC< 1,25
Die Umlagerung des aktiven Erddrucks nach E 77, Abschnitt 8.2.3.1 erfolgt bis zur Berechnungssohle. Tabelle E 215-1. Reduzierte Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red für den Erdwiderstand bei Ermittlung der Biegemomente GEO-2 R,e,red
BS-P 1,20
BS-T 1,15
BS-A 1,10
Stehen ab Berechnungssohle (Solltiefe zzgl. Baggertoleranz, Vorratsbaggerung, Kolkzuschlag etc.) zunächst Böden weicher Konsistenz oder geringer Festigkeit an, dürfen diese zur horizontalen Stützung der Wand nicht herangezogen werden. Diese Schichten dürfen nur als Auflast p0 auf die neue Berechnungssohle, die in Höhe des Beginns der tragfähigen, d. h. der mindestens festen bzw. mindestens steifen, Böden liegt, angesetzt werden. Der reduzierte Teilsicherheitsbeiwert R,e,red zur Ermittlung der Biegemomente darf nur in den tragfähigen Schichten angesetzt werden (Bild E 215-1). Stehen im Erdwiderstandsbereich ausschließlich Böden geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz an, muss die Berechnung der Beanspruchungen mit nicht herabgesetzten Teilsicherheitsbeiwerten R,e durchgeführt werden. 381
Bild E 215-1. Bild E 215 1 Lastbild für die Ermittlung der Biegemomente mit reduzierten Teilsicherheitsbeiwerten bei Böden mit geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz
Wenn auf die Anwendung der herabgesetzten Teilsicherheitsbeiwerte R,e,red verzichtet wird, ist die Erddruckumlagerungsfigur entsprechend Bild E 215-2 nur bis auf die Tiefe der Gewässer-/Ausbaggerungssohle zu führen. Sind die genannten Randbedingungen für den Ansatz des reduzierten Teilsicherheitsbeiwertes R,e,red erfüllt, darf zur Ermittlung der Biegebeanspruchungen der Einspanngrad für die volle Ausnutzung der mit unabgemindertem Teilsicherheitsbeiwert ermittelten Einbinde-/Bohlenlänge angesetzt werden. Die mit R,e,red ermittelten Schnittgrößen (Momente und Querkräfte) sind für den Nachweis der Spundwand maßgebend. Ankerkräfte und die erforderliche Einbindelänge der Wand dürfen bei Bauwerken, die in den Anwendungsbereich der EAU fallen, nur unter Ansatz des unabgeminderten Teilsicherheitsbeiwertes R,e bestimmt werden. Die Umlagerung des aktiven Erddrucks nach E 77, Abschnitt 8.2.3 erfolgt stets bis zur zuvor definierten Berechnungssohle.
Bild E 215-2. Lastbild für die Ermittlung der Biegemomente mit nicht reduzierten Teilsicherheitsbeiwerten bei Böden mit geringer Festigkeit bzw. weicher Konsistenz unterhalb der Berechnungssohle
382
Prof. ir. Aad van der Horst, Delft Dipl.-Ing. Hans–Uwe Kalle, Hagen Prof. Dr.-Ing. Roland Krengel, Duisburg Dipl.-Ing. Karl–Heinz Lambertz, Duisburg Dr.-Ing. Christoph Miller, Hamburg Dr.-Ing. Karl Morgen, Hamburg Dipl.-Ing. Gabriele Peschken, Bonn Dipl.-Ing. Torsten Retzlaff, Rostock Dipl.-Ing. Emile Reuter, Luxemburg Univ.-Prof. Dr.-Ing. Werner Richwien, Essen (Vorsitzender bis 2009) Dr.-Ing. Peter Ruland, Hamburg Dr.-Ing. Wolfgang Schwarz, Schrobenhausen Dr. Hartmut Tworuschka, Hamburg Dr.-Ing. Hans-Werner Vollstedt, Bremerhaven Analog zu den Festlegungen des DIN zum Zustandekommen einer Norm werden die neu erarbeiteten Empfehlungen als vorläufige Empfehlung über die Technischen Jahresberichte zur öffentlichen Erörterung gestellt. Sie werden nach Berücksichtigung eventueller Einsprüche im folgenden Technischen Jahresbericht endgültig veröffentlicht. Die Übersicht der Technischen Jahresberichte zu der vorliegenden Auflage ist in Anhang I enthalten. Die Empfehlungen des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ – Häfen und Wasserstraßen können daher dem Status einer Norm gleichgesetzt werden. Unter dem Blickwinkel des Praxisbezugs und auch der Weitergabe von Erfahrungen werden über den Inhalt einer Norm hinausgehende Aussagen getroffen, die man mit dem Begriff „code of practice“ beschreiben kann. Die 11. Auflage der EAU erfüllt mit der nunmehr abgeschlossenen Einarbeitung des europäischen Normungskonzepts die Anforderungen an eine Notifizierung durch die EU-Kommission. Sie ist unter der Notifizierungsnummer 2012/426D bei der EU-Kommission eingetragen. Die grundlegenden Überarbeitungen der EAU 2012 machten auch eine inhaltliche Diskussion mit Fachkollegen außerhalb des Ausschusses bis hin zur Einrichtung vorübergehender Arbeitskreise zu speziellen Themen erforderlich. Der Ausschuss bedankt sich bei allen Fachkollegen, die auf diese Weise wesentlich zur inhaltlichen Entwicklung der EAU 2012 beigetragen haben. Außerdem sind zahlreiche Beiträge aus der Fachwelt sowie Empfehlungen anderer Ausschüsse und internationaler technisch-wissenschaftlicher Vereinigungen in die Empfehlungen eingeflossen. Mit diesen Beiträgen und den Überarbeitungsergebnissen entspricht die EAU 2012 dem heutigen internationalen Standard. Damit stehen der Fachwelt in einer an die europäische Normung angepassten und aktualisierten Fassung auch künftig wertvolle Hilfen für Entwurf, Ausschreibung, Vergabe, technische BeVI
arbeitung, wirtschaftliche und umweltverträgliche Bauausführung, Bauüberwachung und Vertragsabwicklung zur Verfügung, sodass Hafen- und Wasserstraßenbauten nach neuestem Stand der Technik und nach einheitlichen Bedingungen erstellt werden können. Der Arbeitsausschuss dankt allen, die durch Beiträge und Anregungen zur vorliegenden Fassung beigetragen haben und wünscht der EAU 2012 die gleiche Resonanz wie ihren früheren Auflagen. Mein ganz besonderer Dank gilt meinem Kollegen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Werner Richwien, der diesen Arbeitskreis viele Jahre engagiert leitete und ein Arbeitsklima schuf, welches die Leistungsbereitschaft jedes Ausschussmitglieds positiv beeinflusste und für die folgenden Jahre geprägt hat. Ebenfalls möchte ich mich bei meinen Mitarbeitern Dr.-Ing. Hans Mathäus Hügel und Dipl.-Ing. Torben Pichler bedanken, die die Durchsicht der Kapitel bzw. die Organisation des Erstellungsprozesses übernommen haben. Erst dadurch wurde es möglich, den Termin für die Drucklegung der 11. Auflage 2012 einzuhalten. Ein weiterer Dank gilt dem Verlag Ernst & Sohn für die gute Zusammenarbeit, die sorgfältige Bearbeitung der zahlreichen Abbildungen, Tabellen und Formeln sowie die wieder hervorragende Qualität in Druck und Aufmachung der EAU 2012. Hamburg, Oktober 2012
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe
VII
BESTELLFORMULAR Stück
Bestell-Nr.:
Titel Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen Häfen und Wasserstraßen EAU 2012
978-3-433-03001-1
906559 bitte ankreuzen
Preis* in €
119,- Euro
Gesamtverzeichnis Ernst & Sohn 2012/2013
kostenlos
Monatlicher E-Mail-Newsletter
kostenlos
Liefer- und Rechnungsanschrift:
privat
geschäftlich
Firma
Ansprechpartner
Telefon
UST-ID Nr. / VAT-ID No.
Fax
Straße//Nr.
Land
PLZ
Ort
Vertrauensgarantie: Dieser Auftrag kann innerhalb von zwei Wochen beim Verlag Ernst & Sohn, Wiley-VCH, Boschstr. 12, D-69469 Weinheim, schriftlich widerrufen werden. Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG Rotherstraße 21, 10245 Berlin Deutschland www.ernst-und-sohn.de
Datum / Unterschrift
*€-Preise gelten ausschließlich in Deutschland. Alle Preise enthalten die gesetzliche Mehrwertsteuer. Die Lieferung erfolgt zuzüglich Versandkosten. Es gelten die Lieferungsund Zahlungsbedingungen des Verlages. Irrtum und Änderungen vorbehalten. Stand: Januar 2013 (homepage_Probekapitel)