Din en 1998-5 - 12-2010 [PDF]

Zitiervorschau

DEUTSCHE NORM

Dezember 2010

D

DIN EN 1998-5

Ersatz für DIN EN 1998-5:2006-03; teilweiser Ersatz für DIN 4149:2005-04

ICS 91.010.30; 91.120.25

Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 5: Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte; Deutsche Fassung EN 1998-5:2004 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects; German version EN 1998-5:2004 Eurocode 8: Calcul des structures pour leur résistance aux séismes – Partie 5: Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques; Version allemande EN 1998-5:2004

NormCD - Stand 2011-02

Gesamtumfang 41 Seiten

Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN

©

DIN Deutsches Institut für Normung e. V. · Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Berlin, gestattet. Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin

Preisgruppe 17 www.din.de www.beuth.de

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DIN EN 1998-5:2010-12

Nationales Vorwort Diese Europäische Norm (EN 1998-5:2004) ist in der Verantwortung von CEN/TC 250 „Eurocodes für den konstruktiven Ingenieurbau“ (Sekretariat: BSI, Vereinigtes Königreich) entstanden. Die Arbeiten wurden auf nationaler (Sp CEN/TC 250/SC 8)“ begleitet.

Ebene

vom

NA 005-51-06 AA

„Erdbeben;

Sonderfragen

Die Norm ist Bestandteil einer Reihe von Einwirkungs- und Bemessungsnormen, deren Anwendung nur im Paket sinnvoll ist. Dieser Tatsache wird durch die Richtlinie der Kommission der Europäischen Gemeinschaft für die Anwendung der Eurocodes Rechnung getragen, indem dort Übergangsfristen für die verbindliche Umsetzung der Eurocodes in den Mitgliedsstaaten vorgesehen sind. Die Übergangsfristen müssen im Einzelfall von CEN und der Kommission präzisiert werden. Die Anwendung dieser Norm gilt in Deutschland in Verbindung mit dem Nationalen Anhang. Es wird auf die Möglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berühren können. Das DIN [und/oder die DKE] sind nicht dafür verantwortlich, einige oder alle diesbezüglichen Patentrechte zu identifizieren.

Änderungen Gegenüber DIN V ENV 1998-5:1997-06 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a)

der Vornorm-Charakter wurde aufgehoben;

b)

die Stellungnahmen der nationalen Normungsinstitute wurden eingearbeitet und der Text vollständig überarbeitet.

Gegenüber DIN EN 1998-5:2006-03 und DIN 4149:2005-04 wurden folgende Korrekturen vorgenommen: a) auf europäisches Bemessungskonzept umgestellt; b)

Ersatzvermerke korrigiert;

c) redaktionelle Änderungen vorgenommen. Frühere Ausgaben

NormCD - Stand 2011-02

DIN 4149: 2005-04 DIN 4149 Beiblatt 1: 1981-04 DIN 4149-1: 1981-04 DIN 4149-1/A1: 1992-12 DIN V ENV 1998-5: 1997-06 DIN EN 1998-5: 2006-03

2

EN 1998-5

EUROPÄISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE

November 2004

ICS 91.120.25

Ersatz für ENV 1998-5:1994

Deutsche Fassung

Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 5: Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance — Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects

Eurocode 8: Calcul des structures pour leur résistance aux séismes — Partie 5: Fondations, ouvragesde soutènement et aspects géotechniques

Diese Europäische Norm wurde vom CEN am 16. April 2004 angenommen. Die CEN-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschäftsordnung zu erfüllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europäischen Norm ohne jede Änderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Management-Zentrum des CEN oder bei jedem CEN-Mitglied auf Anfrage erhältlich. Diese Europäische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Französisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CEN-Mitglied in eigener Verantwortung durch Übersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Management-Zentrum mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Königreich und Zypern.

EUROPÄISCHES KOMITEE FÜR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION

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Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brüssel

© 2004 CEN

Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.

Ref. Nr. EN 1998-5:2004 D

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

Inhalt Seite Vorwort ................................................................................................................................................................4 Hintergrund des Eurocode-Programms ...........................................................................................................4 Status und Gültigkeitsbereich der Eurocodes ................................................................................................5 Nationale Fassungen der Eurocodes ...............................................................................................................6 Verbindung zwischen den Eurocodes und den harmonisierten technischen Spezifikationen für Bauprodukte (ENs und ETAs) ...........................................................................................................................6 Besondere Hinweise zu EN 1998-5 ...................................................................................................................6

NormCD - Stand 2011-02

Nationaler Anhang zur EN 1998-5 .....................................................................................................................7 1 1.1 1.2 1.2.1 1.3 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.6 1.7

Allgemeines............................................................................................................................................8 Geltungsbereich.....................................................................................................................................8 Normative Verweisungen......................................................................................................................8 Allgemeine Bezugsnormen...................................................................................................................8 Annahmen ..............................................................................................................................................9 Unterscheidung zwischen Prinzipien und Anwendungsregeln........................................................9 Begriffe und Definitionen......................................................................................................................9 Einheitliche Begriffe für alle Eurocodes .............................................................................................9 Zusätzliche, in der vorliegenden Norm verwendete Begriffe............................................................9 Formelzeichen........................................................................................................................................9 SI-Einheiten ......................................................................................................................................... 10

2 2.1 2.2

Erdbebeneinwirkung .......................................................................................................................... 11 Definition der Erdbebeneinwirkung .................................................................................................. 11 Zeitverlaufsdarstellung ...................................................................................................................... 11

3 3.1 3.2

Baugrundeigenschaften..................................................................................................................... 11 Festigkeitsparameter.......................................................................................................................... 11 Steifigkeits- und Dämpfungsparameter ........................................................................................... 11

4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2

Anforderungen an den Standort und an den Baugrund ................................................................. 12 Standortwahl ....................................................................................................................................... 12 Allgemeines......................................................................................................................................... 12 Nähe zu seismisch aktiven Verwerfungen ....................................................................................... 12 Standsicherheit von Böschungen..................................................................................................... 12 Potenziell verflüssigbare Böden ....................................................................................................... 14 Übermäßige Setzung von Böden unter zyklischer Beanspruchung ............................................. 16 Baugrunderkundung und Baugrunduntersuchung ........................................................................ 16 Allgemeine Kriterien ........................................................................................................................... 16 Bestimmung der Baugrundklasse zur Definition der Erdbebeneinwirkung................................. 16

5 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.4 5.4.1 5.4.2

Gründung............................................................................................................................................. 18 Allgemeine Anforderungen................................................................................................................ 18 Regeln für den konzeptionellen Entwurf.......................................................................................... 18 Bemessungswerte der Auswirkungen ............................................................................................. 19 Abhängigkeit von der Tragwerksauslegung.................................................................................... 19 Nachweise und Dimensionierungskriterien..................................................................................... 19 Flachgründungen oder eingebettete Gründungen.......................................................................... 19 Pfähle und Pfahlgründungen............................................................................................................. 22

6

Boden-Bauwerk-Wechselwirkung..................................................................................................... 23

2

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

Seite 7 7.1 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3

Stützbauwerke .....................................................................................................................................23 Allgemeine Anforderungen ................................................................................................................23 Wahl des Tragwerktyps und allgemeine Gesichtspunkte für die Auslegung ...............................24 Berechnungsverfahren .......................................................................................................................24 Allgemeine Verfahren..........................................................................................................................24 Vereinfachte Verfahren: pseudo-statische Berechnung .................................................................24 Standsicherheits- und Festigkeitsnachweise...................................................................................27 Standsicherheit des Bodens der Gründung .....................................................................................27 Verankerungen ....................................................................................................................................27 Tragfähigkeit des Bauwerks...............................................................................................................27

Anhang A (informativ) Topographische Verstärkungsfaktoren ...................................................................28 Anhang B (normativ) Empirische Diagramme für vereinfachte Verflüssigungsuntersuchungen ...........29 Anhang C (informativ) Statische Pfahlkopfsteifigkeiten...............................................................................31 Anhang D (informativ) Dynamische Boden-Bauwerk-Wechselwirkung (BBW) — Allgemeine Auswirkungen und Bedeutung ..........................................................................................................32 Anhang E (normativ) Vereinfachte Berechnung von Stützbauwerken .......................................................33

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Anhang F (informativ) Seismische Grundbruchsicherheit von Flachgründungen ....................................37

3

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

Vorwort Dieses Dokument EN 1998-5:2004, Eurocode 8: Auslegungen von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 5: Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte und Regeln für Hochbauten wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 250 „Eurocodes für den konstruktiven Ingenieurbau“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom BSI gehalten wird. CEN/TC 250 ist für alle Eurocodes des konstruktiven Ingenieurbaus zuständig. Diese Europäische Norm muss den Status einer nationalen Norm erhalten, entweder durch Veröffentlichung eines identischen Textes oder durch Anerkennung bis Mai 2005, und etwaige entgegenstehende nationale Normen müssen bis März 2010 zurückgezogen werden. Dieses Dokument ersetzt ENV 1998-5:1994. Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Länder gehalten, diese Europäische Norm zu übernehmen: Belgien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Königreich und Zypern.

Hintergrund des Eurocode-Programms Im Jahre 1975 beschloss die Kommission der Europäischen Gemeinschaften, für das Bauwesen ein Programm auf der Grundlage des Artikels 95 der Römischen Verträge durchzuführen. Das Ziel des Programms war die Beseitigung technischer Handelshemmnisse und die Harmonisierung technischer Normen. Im Rahmen dieses Programms leitete die Kommission die Bearbeitung von harmonisierten technischen Regelwerken für die Tragwerksplanung von Bauwerken ein, die im ersten Schritt als Alternative zu den in den Mitgliedsländern geltenden Regeln dienen und schließlich diese ersetzen sollten. 15 Jahre lang leitete die Kommission mit Hilfe eines Steuerkomitees mit Repräsentanten der Mitgliedsländer die Entwicklung des Eurocode-Programms, das zu der ersten Eurocode-Generation in den 80er Jahren führte. Im Jahre 1989 entschieden sich die Kommission und die Mitgliedsländer der Europäischen Union und der EFTA, die Entwicklung und Veröffentlichung der Eurocodes über eine Reihe von Mandaten an CEN zu übertragen, damit diese den Status von Europäischen Normen (EN) erhielten. Grundlage war eine Vereinbarung 1) zwischen der Kommission und CEN. Dieser Schritt verknüpft die Eurocodes de facto mit den Regelungen der Ratsrichtlinien und Kommissionsentscheidungen, die die Europäischen Normen behandeln (z. B. die Ratsrichtlinie 89/106/EWG zu Bauprodukten, die Bauproduktenrichtlinie, die Ratsrichtlinien 93/37/EWG, 92/50/EWG und 89/440/EWG zur Vergabe öffentlicher Aufträge und Dienstleistungen und die entsprechenden EFTA-Richtlinien, die zur Einrichtung des Binnenmarktes eingeleitet wurden). Das Eurocode-Programm umfasst die folgenden Normen, die in der Regel aus mehreren Teilen bestehen: EN 1990, Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung EN 1991, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke

NormCD - Stand 2011-02

EN 1992, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken

1)

4

Vereinbarung zwischen der Kommission der Europäischen Gemeinschaft und dem Europäischen Komitee für Normung (CEN) zur Bearbeitung der Eurocodes für die Tragwerksplanung von Hochbauten und Ingenieurbauwerken (BC/CEN/03/89).

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

EN 1993, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten EN 1994, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton EN 1995, Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauwerken EN 1996, Eurocode 6: Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten EN 1997, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik EN 1998, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben EN 1999, Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumbauten Die Europäischen Normen berücksichtigen die Zustimmigkeit der Bauaufsichtsorgane der jeweiligen Mitgliedsländer bei der nationalen Festlegung sicherheitsbezogener Werte, so dass diese Werte von Land zu Land unterschiedlich sein können.

Status und Gültigkeitsbereich der Eurocodes Die Mitgliedsländer der EU und EFTA betrachten die Eurocodes als Bezugsdokumente für folgende Zwecke: ⎯ als Mittel zum Nachweis der Übereinstimmung der Hoch- und Ingenieurbauten mit den wesentlichen Anforderungen der Richtlinie 89/106/EWG, besonders mit der wesentlichen Anforderung Nr 1: Mechanischer Widerstand und Stabilität und der wesentlichen Anforderung Nr 2: Brandschutz; ⎯ als Grundlage für die Spezifizierung von Verträgen für die Ausführung von Bauwerken und dazu erforderlichen Ingenieurleistungen; ⎯ als Rahmenbedingung für die Herstellung harmonisierter, technischer Spezifikationen für Bauprodukte (ENs und ETAs) Die Eurocodes haben, da sie sich auf Bauwerke beziehen, eine direkte Verbindung zu den Grundlagendokumenten 2), auf die in Artikel 12 der Bauproduktenrichtlinie hingewiesen wird, wenn sie auch anderer Art sind als die harmonisierten Produktnormen 3). Daher sind technische Gesichtspunkte, die sich aus den Eurocodes ergeben, von den Technischen Komitees des CEN und den Arbeitsgruppen von EOTA, die an Produktnormen arbeiten, zu beachten, damit diese Produktnormen mit den Eurocodes kompatibel sind. Die Eurocodes liefern Einzelbauteile, allgemeine Regelungen für den Entwurf, die Berechnung und Bemessung von vollständigen Tragwerken und Einzelbauteilen, die sich für die übliche Anwendung eignen. Sie treffen auf bewährte Bauweisen und Aspekte neuartiger Anwendungen, enthalten aber keine Regelungen für ungewöhnliche Konstruktionen oder Sonderlösungen, wofür es erforderlich ist, Experten zu Rate zu ziehen.

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2)

Entsprechend Artikel 3.3 der Bauproduktenrichtlinie sind die wesentlichen Angaben in Grundlagendokumenten zu konkretisieren, um damit die notwendigen Verbindungen zwischen den wesentlichen Anforderungen und den Mandaten für die Erstellung harmonisierter Europäischer Normen und Richtlinien für die europäische Zulassung selbst zu schaffen.

3) Nach Artikel 12 der Bauproduktenrichtlinie hat das Grundlagendokument a) die wesentliche Anforderung zu konkretisieren, indem die Begriffe und, soweit erforderlich, die technische Grundlage für Klassen und Anforderungshöhen vereinheitlicht werden, b) Methoden zur Verbindung dieser Klasse oder Anforderungshöhen mit technischen Spezifikationen anzugeben, z. B. rechnerische oder Testverfahren, Entwurfsregeln, c) als Bezugsdokument für die Erstellung harmonisierter Normen oder Richtlinien für Europäische Technische Zulassungen zu dienen. Die Eurocodes spielen de facto eine ähnliche Rolle für die wesentliche Anforderung Nr 1 und einen Teil der wesentlichen Anforderung Nr 2.

5

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

Nationale Fassungen der Eurocodes Die Nationale Fassung eines Eurocodes enthält den vollständigen Text des Eurocodes (einschließlich aller Anhänge), so wie von CEN veröffentlicht, mit möglicherweise einer nationalen Titelseite und einem nationalen Vorwort sowie einem Nationalen Anhang. Der Nationale Anhang darf nur Hinweise zu den Parametern geben, die im Eurocode für nationale Entscheidungen offen gelassen wurden. Diese national festzulegenden Parameter (NDP) gelten für die Tragwerksplanung von Hochbauten und Ingenieurbauten in dem Land, in dem sie erstellt werden. Sie umfassen: ⎯ Zahlenwerte für Teilsicherheitsbeiwerte und/oder Klassen, wo die Eurocodes Alternativen eröffnen, ⎯ Zahlenwerte, wo die Eurocodes nur Symbole angeben, ⎯ landesspezifische, geographische und klimatische Daten, die nur für ein Mitgliedsland gelten, z. B. Schneekarten; ⎯ Vorgehensweisen, wenn die Eurocodes mehrere zur Wahl anbieten; Des Weiteren dürfen enthalten sein: ⎯ Vorschriften zur Verwendung der informativen Anhänge, ⎯ Verweise zur Anwendung des Eurocodes, soweit diese sie ergänzen und nicht widersprechen.

Verbindung zwischen den Eurocodes und den harmonisierten technischen Spezifikationen für Bauprodukte (ENs und ETAs) Es besteht die Notwendigkeit, dass die harmonisierten Technischen Spezifikationen für Bauprodukte und die technischen Regelungen für die Tragwerksplanung 4) konsistent sind. Insbesondere sollten die Hinweise, die mit den CE-Zeichen an den Bauprodukten verbunden sind, die die Eurocodes in Bezug nehmen, klar erkennen lassen, welche national festzulegenden Parameter zugrunde liegen.

Besondere Hinweise zu EN 1998-5 Der Geltungsbereich von Eurocode 8 ist in EN 1998-1:2004, 1.1.1 und der Geltungsbereich dieses Teils von Eurocode 8 in 1.1 festgelegt. Zusätzliche Teile von Eurocode 8 sind in EN 1998-1:2004, 1.1.3 aufgeführt. Der EN 1998-5:2004 ist vorgesehen zur Benutzung seitens von: ⎯ Kunden (z. B. für die Formulierung ihrer spezifischen Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeitsniveaus und Dauerhaftigkeit); ⎯ den entwerfenden und ausführenden Ingenieuren;

NormCD - Stand 2011-02

⎯ den zuständigen Behörden.

4)

6

Siehe Artikel 3.3 und Art. 12 der Bauproduktenrichtlinie ebenso wie die Abschnitte 4.2, 4.3.1, 4.3.2 und 5.2 des Grundlagendokumentes Nr. 1

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

Für die Auslegung von Bauwerken in Erdbebengebieten sind die Vorschriften dieser Europäischen Norm zusätzlich zu den Vorschriften der anderen einschlägigen Teile von Eurocode 8 und von anderen einschlägigen Eurocodes anzuwenden. Insbesondere ergänzen die Vorschriften dieser Europäischen Norm jene von EN 1997-1:2004, welche die besonderen Anforderungen der Erdbebenauslegung nicht erfassen. Wegen der Kombination der Unsicherheiten der seismischen Lasteinwirkungen und der Eigenschaften des Baugrundes könnte es sein, dass Teil 5 nicht alle möglichen Bemessungssituationen detailliert abdeckt, und dass seine richtige Anwendung fachmännisch-ingenieurmäßiges Urteil und Erfahrung erfordert.

Nationaler Anhang zur EN 1998-5 Diese Norm enthält alternative Methoden und Werte sowie Empfehlungen für Klassen mit Hinweisen, an welchen Stellen nationale Festlegungen getroffen werden. Dazu wird die jeweilige nationale Ausgabe von EN 1998-5 einen Nationalen Anhang mit den national festzulegenden Parametern erhalten, mit dem die Tragwerksplanung von Hochbauten und Ingenieurbauten, die in dem Ausgabeland gebaut werden sollen, möglich ist. Nationale Festlegungen sind bei folgenden Regelungen vorgesehen:

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Bezug

Gegenstand

1.1(4)

Informative Anhänge A, C, D und F

3.1(3)

Teilsicherheitsfaktoren für Materialkennwerte

4.1.4(11)

Obere Spannungsgrenze für die Anfälligkeit gegenüber Verflüssigung

5.2.(2)c)

Reduzierung des Spitzenwerts der Bodenbeschleunigung mit der Tiefe

7

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

1

Allgemeines

1.1

Geltungsbereich

(1)P Dieser Teil von Eurocode 8 legt die Anforderungen, Kriterien und Regeln für den Standort des Bauwerks und den Baugrund für Bauwerke im Hinblick auf ihren Widerstand gegen Erdbeben fest. Er umfasst die Bemessung verschiedener Gründungssysteme, die Bemessung von Erd-Stützbauwerken und die Boden-Bauwerk-Wechselwirkung unter Erdbebeneinwirkungen. In diesem Sinn ergänzt er Eurocode 7, der nicht die besonderen Anforderungen der Erdbebenbemessung umfasst. (2)P Die Vorschriften des Teils 5 gelten für Hochbauten (EN 1998-1), Brücken (EN 1998-2), Türme, Maste und Schornsteine (EN 1998-6) und Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen (EN 1998-4). (3)P Besondere Bemessungsanforderungen für die Gründung bestimmter Bauwerkstypen müssen, soweit erforderlich, den einschlägigen Teilen von Eurocode 8 entnommen werden. (4) Der Anhang B dieses Eurocodes enthält empirische Diagramme für die vereinfachte Auswertung des Verflüssigungspotentials, während Anhang E eine vereinfachte Vorgehensweise für die seismische Berechnung von Stützbauwerken angibt. ANMERKUNG 1

Der Informative Anhang A enthält Angaben für topographische Verstärkungsfaktoren.

ANMERKUNG 2

Der Informative Anhang C enthält Angaben zur statischen Steifigkeit von Pfählen.

ANMERKUNG 3

Der Informative Anhang D enthält Angaben zur dynamischen Boden-Bauwerk-Wechselwirkung.

ANMERKUNG 4 gründungen.

Der Informative Anhang F enthält Angaben zur seismischen Grundbruchsicherheit von Flach-

1.2

Normative Verweisungen

(1)P Die folgenden zitierten Dokumente sind für die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschließlich aller Änderungen). 1.2.1

Allgemeine Bezugsnormen

EN 1990, Eurocode 1: Grundlagen der Tragwerksplanung EN 1997-1, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik — Teil 1: Allgemeine Regeln EN 1997-2, Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik — Teil 2: Erkundung und Untersuchung des Untergrunds EN 1998-1, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 1: Grundlagen; Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten EN 1998-2, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 2: Brücken EN 1998-4, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 4: Silos, Tankbauwerke und Rohrleitungen

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EN 1998-6, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 6: Türme, Maste und Schornsteine

8

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

1.3

Annahmen

(1)P Es gelten die allgemeinen Annahmen von EN 1990:2002, 1.3.

1.4

Unterscheidung zwischen Prinzipien und Anwendungsregeln

(1)P Es gelten die Regeln von EN 1990:2002, 1.4.

1.5

Begriffe und Definitionen

1.5.1

Einheitliche Begriffe für alle Eurocodes

(1)P Es gelten die Begriffe und Definitionen von EN 1990:2002, 1.5. (2)P EN 1998-1:2004, 1.5.1 gilt für die allen Eurocodes gemeinsamen einheitlichen Begriffe. 1.5.2

Zusätzliche, in der vorliegenden Norm verwendete Begriffe

(1)P Es gilt die Definition des Baugrunds nach EN 1997-1:2004, 1.5.2, während die Definitionen anderer geotechnischer Begriffe, die in besonderer Beziehung zu Erdbeben stehen, wie z. B. der Begriff der Verflüssigung, im Text angegeben werden. (2)

Für die Zwecke dieser Norm gelten die Begriffe nach EN 1998-1:2004, 1.5.2.

1.6

Formelzeichen

NormCD - Stand 2011-02

(1) Für die Zwecke dieser Europäischen Norm gelten die folgenden Formelzeichen. Alle in Teil 5 verwendete Formelzeichen werden, zur Erleichterung ihrer Anwendung, bei ihrem ersten Vorkommen im Text definiert. Zusätzlich wird unten stehend eine Liste der Formelzeichen angegeben. Einige Formelzeichen, die nur in den Anhängen vorkommen, werden dort erklärt: Ed

Bemessungswert einer Auswirkung;

Epd

Horizontaler Widerstand an der Fundament-Seitenfläche (passive Erddruckkraft);

ER

Energieverhältnis beim Standard Penetration Test (SPT);

FH

Bemessungswert der horizontalen Erdbeben-Trägheitskraft;

FV

Bemessungswert der vertikalen Erdbeben-Trägheitskraft;

FRd

Bemessungswert des Scherwiderstands zwischen der horizontalen Gründungssohle und dem Boden;

G

Schubmodul;

Gmax

Mittlerer Wert des Schubmoduls bei kleinen Verzerrungen;

Le

Abstand Anker – Wand unter dynamischen Bedingungen;

Ls

Abstand Anker – Wand unter statischen Bedingungen;

MEd

Bemessungswert des Moments;

N1(60)

SPT-Schlagzahl, unter Berücksichtigung von Überlagerungseffekten und von dem Energieverhältnis;

NEd

Bemessungswert der Normalkraft in der Gründungsfuge;

NSPT

Schlagzahl beim Standard Penetration Test (SPT);

PI

Plastizitätsindex des Bodens;

Rd

Bemessungswert des Bodenwiderstands;

S

Bodenparameter, definiert in EN 1998-1:2004, 3.2.2.2;

9

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

ST

Topographischer Verstärkungsfaktor;

VEd

Bemessungswert der horizontalen Schubkraft;

W

Gewicht der gleitenden Masse;

ag

Bemessungswert der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A (ag = γI agR);

agR

Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A;

avg

Bemessungswert der Bodenbeschleunigung in vertikaler Richtung;

c′

Kohäsion des dränierten Bodens (effektive Kohäsion);

cu

Undrainierte Scherfestigkeit des Bodens;

d

Pfahldurchmesser;

dr

Verschiebung von Stützwänden;

g

Erdbeschleunigung;

kh

Horizontaler Erdbebenbeiwert;

kv

Vertikaler Erdbebenbeiwert;

qu

Einaxiale Druckfestigkeit (ohne seitliche Verformungsbehinderung);

r

Beiwert für die Berechnung des horizontalen Erdbebenbeiwerts (Tabelle 7.1);

vs

Scherwellengeschwindigkeit;

vs,max

Mittlerer Wert von vs für kleine Verzerrungen (< 10–5);

α

Verhältnis des Bemessungswertes der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A, ag, zur Erdbeschleunigung g;

γ

Wichte des Bodens;

γd

Trockenwichte des Bodens;

γI

Bedeutungsbeiwert;

γM

Teilsicherheitsbeiwert für Materialeigenschaften;

γRd

Modell — Teilsicherheitsbeiwert

γw

Wichte des Wassers;

δ

Wandreibungswinkel zwischen dem Boden und dem Fundament oder der Stützwand;

φ′

Effektiver Reibungswinkel;

ρ

Dichte;

σvo

Totale Überlagerungsspannung, gleich der totalen Vertikalspannung;

σ ′vo

Effektive Überlagerungsspannung, gleich der effektiven vertikalen Spannung;

τcy,u

Zyklische undrainierte Scherfestigkeit des Bodens;

τe

Erdbeben-Scherspannung.

1.7

SI-Einheiten

(1)P Es müssen SI-Einheiten nach ISO 1000 verwendet werden.

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(2)

Zusätzlich gelten die Einheiten, die in EN 1998-1:2004, 1.7 empfohlen werden.

ANMERKUNG

10

Für geotechnische Berechnungen sollte EN 1997-1:2004, 1.6(2) herangezogen werden.

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

2 2.1

Erdbebeneinwirkung Definition der Erdbebeneinwirkung

(1)P Die Erdbebeneinwirkung muss in Übereinstimmung mit den Grundkonzepten und Definitionen aus EN 1998-1:2004, 3.2 angegeben werden, unter Berücksichtigung der Bestimmungen in 4.2.2. (2)P Kombinationen der Erdbebeneinwirkung mit anderen Einwirkungen müssen gemäß EN 1990:2002, 6.4.3.4 und EN 1998-1:2004, 3.2.4 vorgenommen werden. (3) Vereinfachungen in der Wahl der Erdbebeneinwirkung werden in dieser Europäischen Norm eingeführt, wo es angemessen erscheint.

2.2

Zeitverlaufsdarstellung

(1)P Werden Zeitverlaufsberechnungen durchgeführt, dürfen sowohl künstliche Beschleunigungszeitverläufe als auch natürliche Starkbebenregistrierungen verwendet werden. Ihre Spitzenwerte und ihr Frequenzgehalt müssen EN 1998-1:2004, 3.2.3.1 entsprechen. (2) Bei Nachweisen der dynamischen Standsicherheit unter Einschluss von Berechnungen von bleibenden Bodenverformungen sollte die Anregung vorzugsweise aus natürlichen Beschleunigungszeitverläufen bestehen, die an Standorten mit nichtfelsigem Untergrund gemessen wurden, denn sie besitzen einen der Wirklichkeit entsprechenden Gehalt an niedrigen Frequenzanteilen und eine zutreffende Zeitkorrelation zwischen der horizontalen und der vertikalen Bewegungskomponente. Die Starkbebendauer sollte in Übereinstimmung mit EN 1998-1:2004, 3.2.3.1 gewählt werden.

3 3.1

Baugrundeigenschaften Festigkeitsparameter

(1) Es dürfen allgemein die für statische, undrainierte Bedingungen gültigen Werte der Boden-Festigkeitsparameter verwendet werden. Für kohäsive Böden ist die undrainierte Scherfestigkeit cu der geeignete Festigkeitsparameter, unter Berücksichtigung der Einflüsse aus der raschen Lastaufbringung und der zyklischen Festigkeitsabnahme unter Erdbebenbeanspruchung, falls diese Korrekturen notwendig und durch ausreichende experimentelle Befunde abgesichert sind. Für kohäsionslose Böden ist die zyklische undrainierte Scherfestigkeit τcy,u der geeignete Parameter, wobei die mögliche Zunahme des Porenwasserdruckes berücksichtigt werden sollte. (2) Alternativ dürfen effektive Festigkeitsparameter für den jeweils passenden, während der zyklischen Belastung entstehenden Porenwasserdruck verwendet werden. Für Fels darf die einaxiale Druckfestigkeit qu verwendet werden. Die Teilsicherheitsbeiwerte (γM) für die Materialeigenschaften cu, τcy,u und qu werden mit γcu, γτcy und γqu bezeichnet und diejenigen für tan φ ′ mit γφ ′.

(3)

ANMERKUNG Die γcu, γτcy, γqu und γφ ′ zur Verwendung in einem Land zugewiesenen Werte können seinem Nationalen Anhang entnommen werden. Empfohlene Werte sind γcu = 1,4, γτcy = 1,25, γqu = 1,4 und γφ ′ = 1,25.

3.2

Steifigkeits- und Dämpfungsparameter

(1) Wegen seines Einflusses auf die Bemessungs-Erdbebeneinwirkung ist der Schubmodul G der Haupt-Steifigkeitsparameter des Baugrunds unter Erdbebenbeanspruchung. Er ist durch die Beziehung

NormCD - Stand 2011-02

G = ρ vs2

(3.1)

gegeben, wobei ρ die Dichte und vs die Scherwellengeschwindigkeit des Bodens darstellen.

11

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(2) Kriterien für die Bestimmung von vs unter Berücksichtigung der Abhängigkeit von der Bodenverzerrung werden in 4.2.2 und 4.2.3 angegeben. (3) Die Dämpfung sollte als zusätzliche Baugrundeigenschaft betrachtet werden in den Fällen, in denen die Boden-Bauwerk-Wechselwirkung berücksichtigt werden muss, wie in Abschnitt 6 beschrieben. (4) Die innere Dämpfung, die durch inelastisches Bodenverhalten unter zyklischer Beanspruchung verursacht wird, und die Abstrahldämpfung, die durch die Fortpflanzung seismischer Wellen von der Gründung weg verursacht wird, sollten getrennt berücksichtigt werden.

4

Anforderungen an den Standort und an den Baugrund

4.1

Standortwahl

4.1.1

Allgemeines

(1)P Es muss eine Untersuchung des Baustellenstandorts durchgeführt werden, um die Beschaffenheit des tragfähigen Bodens zu bestimmen, damit sichergestellt ist, dass die Gefährdungen durch Grundbruch, Hangrutschung, Verflüssigung und Neigung zur starken Verdichtung im Erdbebenfall möglichst gering gehalten werden. (2)P Die Möglichkeit des Auftretens dieser ungünstigen Erscheinungen muss gemäß den Angaben in den folgenden Unterabschnitten untersucht werden. 4.1.2

Nähe zu seismisch aktiven Verwerfungen

(1)P Hochbauten der Bedeutungskategorien II, III, IV nach EN 1998-1:2004, 4.2.5 dürfen nicht in unmittelbarer Nähe tektonischer Verwerfungen, die in den von den zuständigen nationalen Behörden herausgegebenen amtlichen Dokumenten als seismisch aktiv befunden wurden, errichtet werden. (2) Das Fehlen von Bewegungen im späten Quartär darf dazu herangezogen werden, für die meisten für die öffentliche Sicherheit nicht kritischen Bauwerke nichtaktive Verwerfungen als solche zu bezeichnen. (3)P Besondere geologische Untersuchungen müssen für städtebauliche Planungsvorhaben und für bedeutende Bauwerke durchgeführt werden, die in der Nähe von potenziell aktiven Verwerfungen in Zonen hoher Erdbebengefährdung errichtet werden sollen, um die sich daraus ergebende Gefährdung bezüglich des Grundbruchs und der Stärke der Bodenerschütterung zu bestimmen. 4.1.3 4.1.3.1

Standsicherheit von Böschungen Allgemeine Anforderungen

(1)P Ein Nachweis der Baugrundstandsicherheit muss für Bauwerke erbracht werden, die auf oder in der Nähe von natürlichen oder künstlichen Böschungen errichtet werden, um sicherzustellen, dass die Sicherheit und/oder die Gebrauchstauglichkeit der Bauwerke unter dem Bemessungserdbeben erhalten bleiben. (2)P Unter Erdbebenbeanspruchung wird der Grenzzustand für Böschungen dadurch charakterisiert, dass nach dessen Überschreitung unannehmbar große bleibende Verschiebungen der Bodenmasse innerhalb einer Tiefe erfolgen, bei der wesentliche Auswirkungen auf die Bauwerke sowohl hinsichtlich der Standfestigkeit als auch hinsichtlich der Funktionsfähigkeit hervorgerufen werden können. (3) Der Standsicherheitsnachweis darf für Hochbauten der Bedeutungskategorie I entfallen, wenn aus vergleichbaren Erfahrungen bekannt ist, dass der Baugrund am Bauwerksstandort standsicher ist.

NormCD - Stand 2011-02

4.1.3.2

Erdbebeneinwirkung

(1)P Die für den Standsicherheitsnachweis anzusetzende Bemessungs-Erdbebeneinwirkung muss den in 2.1 angegebenen Definitionen genügen.

12

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(2)P Eine Erhöhung der Bemessungs-Erdbebeneinwirkung muss bei den Nachweisen der Baugrundstandsicherheit für Bauwerke mit Bedeutungsbeiwert γI größer als 1,0 auf oder in der Nähe von Böschungen mittels eines topographischen Verstärkungsfaktors durchgeführt werden. ANMERKUNG Einige Anhaltspunkte zu Werten des topographischen Verstärkungsfaktors werden im Informativen Anhang A angegeben.

(3)

Die Erdbebeneinwirkung darf nach 4.1.3.3 vereinfacht werden.

4.1.3.3

Berechnungsverfahren

(1)P Das Verhalten von Böschungen beim Bemessungserdbeben muss entweder mittels allgemein anerkannter dynamischer Berechnungsverfahren, wie etwa mit finiten Elementen oder Starrkörper-Modellen, oder mittels vereinfachter pseudo-statischer Verfahren berechnet werden. Für Letztere gelten die in diesem Unterabschnitt unter (3) und (8) aufgeführten Einschränkungen. (2)P Bei der Modellabbildung des mechanischen Verhaltens von Böden müssen die Steifigkeitsabnahme mit wachsender Größe der Verzerrungen sowie mögliche Auswirkungen der Erhöhung des Porenwasserdrucks unter zyklischer Beanspruchung berücksichtigt werden. (3) Der Standsicherheitsnachweis darf mittels vereinfachter pseudo-statischer Verfahren durchgeführt werden, wenn die Topographie der Erdoberfläche und die Bodenschichtung keine stark sprunghaften Unregelmäßigkeiten aufweisen. (4) Die pseudo-statischen Verfahren der Standsicherheitsberechnung sind ähnlich denjenigen in EN 1997-1:2004, 11.5, abgesehen von der Berücksichtigung horizontaler und vertikaler Trägheitskräfte, die an jedem Teil der Bodenmasse angreifen, sowie an allen an der Oberseite der Böschung wirkenden Gewichtslasten. (5)P Die Bemessungswerte der seismischen Trägheitskräfte FH und FV, die an der Bodenmasse in horizontaler bzw. vertikaler Richtung wirken, müssen für pseudo-statische Berechnungen wie folgt angesetzt werden: FH = 0,5α ⋅ S ⋅ W

(4.1)

FV = ± 0,5 FH, wenn das Verhältnis avg/ag größer ist als 0,6

(4.2)

FV = ± 0,33 FH, wenn das Verhältnis avg/ag nicht größer ist als 0,6

(4.3)

mit:

α

Verhältnis des Bemessungswerts der Bodenbeschleunigung ag für Baugrundklasse A zur Erdbeschleunigung g;

avg Bemessungswert der Bodenbeschleunigung in vertikaler Richtung; ag

Bemessungswert der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A;

S

Bodenparameter, definiert in 3.2.2.2 nach EN 1998-1:2004;

W

Gewicht der gleitenden Masse.

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Ein topographischer Verstärkungsfaktor für ag muss nach 4.1.3.2(2) berücksichtigt werden. (6)P Der Grenzzustand muss dann für die potenzielle Gleitfläche mit der geringsten Sicherheit überprüft werden.

13

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(7) Der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit darf überprüft werden, indem die bleibende Verschiebung der gleitenden Masse durch Verwendung eines vereinfachten dynamischen Modells berechnet wird, das aus einem Starrkörper besteht, der gegen eine Reibungskraft auf der Böschung gleitet. In diesem Modell sollte die Erdbebeneinwirkung ein Zeitverlauf nach 2.2 sein, auf der Grundlage der nicht abgeminderten Bemessungsbodenbeschleunigung. (8)P Vereinfachte Verfahren, wie die in (3) bis (6) in diesem Unterabschnitt erwähnten pseudo-statischen Verfahren, dürfen nicht verwendet werden bei Böden, in denen sich hohe Porenwasserdrücke entwickeln können oder bei denen eine bedeutende Steifigkeitsabnahme unter zyklischer Beanspruchung möglich ist. (9) Die Zunahme des Porenwasserdrucks sollte durch geeignete Versuche ermittelt werden. Wo solche Versuche fehlen, und auch zu Vorbemessungszwecken darf er nach empirischen Korrelationen abgeschätzt werden. 4.1.3.4

Sicherheitsnachweis für das pseudo-statische Verfahren

(1)P Für wassergesättigte Böden in Gebieten, wo α ⋅ S > 0,15 ist, müssen ein möglicher Festigkeitsabfall und ein Anwachsen des Porenwasserdrucks infolge zyklischer Beanspruchung unter Beachtung der Einschränkungen in 4.1.3.3(8) berücksichtigt werden. (2) Werte der Festigkeitsparameter des Bodens bei großen Verzerrungen sind anzuwenden bei momentan ruhenden Gleitvorgängen, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer Reaktivierung durch Erdbeben höher ist. In kohäsionslosen Materialien, die gegen ein zyklisches Anwachsen des Porenwasserdrucks innerhalb der Grenzen von 4.1.3.3 empfindlich sind, kann dies durch Abminderung der Reibungs-Widerstandskraft mittels eines geeigneten Porenwasserdruck-Beiwerts berücksichtigt werden, der zum größten Inkrement des Porenwasserdrucks proportional ist. Ein solches Inkrement darf wie in 4.1.3.3(9) angegeben abgeschätzt werden. (3) Bei kohäsionslosen Böden mit großer Dilatanz, wie bei dicht gelagerten Sanden, braucht keine Abminderung der Scherfestigkeit vorgenommen zu werden. (4)P Der Sicherheitsnachweis für die Böschung muss gemäß den Grundsätzen von EN 1997-1:2004 durchgeführt werden. 4.1.4

Potenziell verflüssigbare Böden

(1)P Eine Abnahme der Scherfestigkeit und/oder -steifigkeit infolge der Zunahme des Porenwasserdrucks in wassergesättigten kohäsionslosen Stoffen während der Erdbeben-Bodenbewegung, die zu wesentlichen bleibenden Verformungen oder sogar zu einem Zustand mit nahezu verschwindender effektiver Spannung im Boden führen kann, wird im Folgenden als Verflüssigung bezeichnet. (2)P Eine Untersuchung der Empfindlichkeit gegen Verflüssigung muss durchgeführt werden, wenn die anstehenden Böden ausgedehnte Schichten oder dicke Linsen von losem Sand enthalten, mit oder ohne Schluff/Ton-Feingehalt, unterhalb des Grundwasserspiegels, und wenn der Grundwasserspiegel in der Nähe der Bodenoberfläche liegt. Diese Untersuchung muss für die während der Lebenszeit des Bauwerks vorherrschenden Freifeld-Standortbedingungen (Bodenoberfläche, Höhenlage des Grundwasserspiegels) durchgeführt werden. (3)P Die zu diesem Zweck erforderlichen Untersuchungen müssen zumindest die In-situ-Durchführung von entweder Standard Penetration Tests (SPT) oder Spitzendruck-Tests (Cone Penetration Test-CPT) sowie die Bestimmung der Korngrößenverteilung im Labor umfassen.

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(4)P Für die SPT müssen die gemessenen Werte des Penetrationsindex NSPT, ausgedrückt als Schlagzahl/30 cm, auf einen Referenzwert mit einem effektiven Überlagerungsdruck von 100 kPa und auf ein Verhältnis der Impaktenergie zur theoretischen Freifallenergie von 0,6 bezogen werden. Für Tiefen von weniger als 3 m sollten die gemessenen SPT-Werte um 25 % abgemindert werden.

14

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(5) Die Korrektur bezüglich der Überlagerungswirkungen darf durch Multiplikation des gemessenen NSPT-Wertes mit dem Faktor (100/σ ′vo)1/2 erfolgen, wobei σ ′vo (kPa) der effektive Überlagerungsdruck ist, der zur Zeit der Messung in der Tiefe wirkt, in der die SPT-Messung durchgeführt worden ist. Der Korrekturfaktor (100/σ ′vo)1/2 sollte nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 2 sein. (6) Die Energiekorrektur erfordert die Multiplikation der nach Absatz (5) dieses Unterabschnitts ermittelten Schlagzahl mit ER/60, worin ER gleich ist dem hundertfachen spezifischen Energieverhältnis für das Versuchsgerät. (7) Für flach gegründete Hochbauten darf auf die Untersuchung der Empfindlichkeit gegen Verflüssigung verzichtet werden, wenn sich die wassergesättigten Sandböden in Tiefen größer als 15 m von der Oberfläche befinden. (8) Die Gefährdung durch Verflüssigung darf vernachlässigt werden, wenn α ⋅ S < 0,15 ist und mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: ⎯ die Sande haben einen Tongehalt größer als 20 % mit einem Plastizitätsindex PI > 10; ⎯ die Sande haben einen Schluffgehalt größer als 35 % und gleichzeitig beträgt die SPT-Schlagzahl nach der Normierung für Überlagerungswirkungen und für das Energieverhältnis N1(60) > 20; ⎯ die Sande sind rein, mit der SPT-Schlagzahl nach der Normierung für Überlagerungswirkungen und für das Energieverhältnis N1(60) > 30. (9)P Wenn die Verflüssigungsgefährdung nicht vernachlässigt werden darf, muss sie zumindest mittels allgemein akzeptierter geotechnischer Verfahren ermittelt werden, die auf Messwertkorrelationen zwischen Insitu-Messungen und den kritischen zyklischen Scherspannungen basieren, von denen bekannt ist, dass sie während früherer Erdbeben eine Verflüssigung hervorgerufen haben. (10) Empirische Verflüssigungsdiagramme, welche die Anwendung von Messwertkorrelationen für ebene Bodenoberflächen auf verschiedene Arten von In-situ-Messungen veranschaulichen, werden im Anhang B angegeben. Bei dieser Vorgehensweise darf die seismische Scherspannung τe nach der Näherungsformel

τe = 0,65 α ⋅ S ⋅ σvo

(4.4)

abgeschätzt werden, worin σvo den totalen Überlagerungsdruck bedeutet und die anderen Variablen bereits in den Gleichungen (4.1) bis (4.3) vorkamen. Diese Formel darf nicht angewendet werden bei Tiefen größer als 20 m. (11)P Wenn dieses Vorgehen mittels Messwertkorrelationen verwendet wird, muss ein Boden immer dann als empfindlich gegen Verflüssigung bei ebener Bodenoberfläche betrachtet werden, wenn die erdbebeninduzierte Scherspannung einen bestimmten Teil λ der kritischen Spannung überschreitet, von der bekannt ist, dass sie in früheren Erdbeben eine Verflüssigung hervorgerufen hat. ANMERKUNG Der λ zugewiesene Wert zur Verwendung in einem bestimmten Land kann seinem Nationalen Anhang entnommen werden. Der empfohlene Wert beträgt λ = 0,8, entsprechend einem Sicherheitsfaktor von 1,25.

(12)P Wenn sich die Böden als empfindlich gegen Verflüssigung erweisen und die daraus folgenden Auswirkungen als dazu in der Lage betrachtet werden, das Lastabtragungsvermögen oder die Standsicherheit der Gründungen zu beeinträchtigen, müssen Maßnahmen ergriffen werden wie Baugrundverbesserung und Pfahlgründung (zur Übertragung der Lasten auf Schichten, die gegen Verflüssigung unempfindlich sind), um eine ausreichende Sicherheit der Gründung sicherzustellen.

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(13) Die Baugrundverbesserung gegen Verflüssigung sollte entweder den Boden verdichten, um seinen Penetrationswiderstand bis jenseits des gefährlichen Bereichs zu erhöhen, oder eine Drainage verwenden, um den durch die Bodenerschütterung hervorgerufenen übermäßigen Porenwasserdruck herabzusetzen. Die Durchführbarkeit der Verdichtung wird hauptsächlich durch den Feinkorngehalt des Bodens und durch die Tiefe bestimmt. ANMERKUNG des Bodens.

Über die Durchführbarkeit der Verdichtung entscheiden hauptsächlich der Feinstoffgehalt und die Tiefe

15

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(14) Die Verwendung von Pfahlgründungen allein sollte mit Vorsicht betrachtet werden wegen der großen Kräfte, die durch den Verlust der Tragwirkung der verflüssigbaren Schicht oder Schichten in die Pfähle eingeleitet werden, und wegen der unvermeidlichen Unsicherheiten bei der Bestimmung der Lage und der Mächtigkeit einer solchen Schicht oder Schichten. 4.1.5

Übermäßige Setzung von Böden unter zyklischer Beanspruchung

(1)P Die Empfindlichkeit des Baugrunds gegen Verdichtung und gegen übermäßige Setzungen infolge erdbebeninduzierter zyklischer Beanspruchungen muss berücksichtigt werden, wenn ausgedehnte Schichten oder dicke Linsen von lockeren, ungesättigten kohäsionslosen Materialien in geringer Tiefe anstehen. (2) Übermäßige Setzungen können auch in sehr weichen Tonschichten infolge der zyklischen Abnahme ihrer Scherfestigkeit unter Bodenerschütterungen von langer Dauer auftreten. (3) Das Verdichtungs- und Setzungspotenzial der zuvor genannten Böden sollte mittels vorhandener geotechnischer Verfahren ermittelt werden, wenn notwendig mit Rückgriff auf geeignete statische und zyklische Laborversuche an repräsentativen Proben der untersuchten Materialien. (4) Wenn die Setzungen infolge Verdichtung oder zyklischer Steifigkeits- und Festigkeitsabnahme als dazu in der Lage erscheinen, die Standsicherheit der Gründungen zu beeinträchtigen, sollten Verfahren der Baugrundverbesserung in Betracht gezogen werden.

4.2 4.2.1

Baugrunderkundung und Baugrunduntersuchung Allgemeine Kriterien

(1)P Die Erkundung und die Untersuchung von Baugrundmaterialien in Erdbebengebieten müssen denselben Kriterien genügen, wie sie, für nichtseismische Gebiete in EN 1997-1:2004, Abschnitt 3, definiert sind. (2) Mit Ausnahme der Bauwerke der Bedeutungskategorie I sollten Spitzendruckuntersuchungen (CPT), möglicherweise mit Messungen des Porenwasserdrucks, wann immer möglich im Programm der Felduntersuchungen enthalten sein, da sie eine fortlaufende Aufzeichnung der mechanischen Eigenschaften des Bodens in Tiefenrichtung liefern. (3)P Erdbebenorientierte, zusätzliche Erkundungen können erforderlich werden in den in 4.1 und 4.2.2 bezeichneten Fällen. 4.2.2

Bestimmung der Baugrundklasse zur Definition der Erdbebeneinwirkung

(1)P Geotechnische oder geologische Daten für den Bauwerksstandort müssen in ausreichender Anzahl vorhanden sein, um die Bestimmung einer mittleren Baugrundklasse und/oder des dazugehörigen Antwortspektrums zu ermöglichen, wie in EN 1998-1:2004, 3.1, 3.2 definiert. (2) Zu diesem Zweck dürfen In-situ-Daten mit Daten von angrenzenden Gebieten mit ähnlichen geologischen Merkmalen zusammengelegt werden. (3) Vorhandene seismische Mikrozonierungskarten oder Kriterien sollten berücksichtigt werden, vorausgesetzt, sie sind im Einklang mit (1)P dieses Unterabschnitts, und sie werden durch Baugrunduntersuchungen am Bauwerksstandort bestätigt.

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(4)P Das Profil der Scherwellengeschwindigkeit vs im Untergrund muss als zuverlässigster Parameter zur Vorhersage der standortabhängigen Merkmale der Erdbebeneinwirkung an standsicheren Standorten betrachtet werden. (5) In-situ-Messungen des vs-Profils durch geophysikalische In-hole-Verfahren sollten verwendet werden für wichtige Bauwerke in Gebieten hoher Erdbebengefährdung, insbesondere beim Vorliegen von Baugrundverhältnissen entsprechend den Baugrundklassen D, S1 oder S2.

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DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(6) In allen anderen Fällen, wenn die Eigenperioden des Bodens bestimmt werden müssen, darf das vs-Profil durch empirische Korrelationen schätzungsweise bestimmt werden, unter Verwendung des In-situPenetrationswiderstandes oder anderer geotechnischer Eigenschaften, wobei die Streuung solcher Korrelationen zu berücksichtigen ist. (7) Die innere Bodendämpfung sollte durch geeignete Labor- oder Feldversuche ermittelt werden. Wenn direkte Messungen fehlen und das Produkt ag ⋅ S kleiner ist als 0,1 g (d. h. kleiner als 0,98 m/s2), sollte ein Dämpfungsverhältnis von 0,03 verwendet werden. Geschichtete und verfestigte Böden und weiche Gesteine können unter Umständen besondere Überlegungen erfordern. 4.2.3

Abhängigkeit der Bodensteifigkeit und -dämpfung von der Größe der Verzerrung

(1)P Der Unterschied zwischen den Werten von vs bei kleinen Verzerrungen, wie sie bei In-situ-Untersuchungen gemessen werden, und den Werten, die den Verzerrungen beim Bemessungserdbeben entsprechen, muss bei allen Berechnungen berücksichtigt werden, bei denen die dynamischen Baugrundeigenschaften unter stabilen Bedingungen eingehen. (2) Für örtlich vorhandene Baugrundbedingungen nach Klasse C oder D mit oberflächennahem Grundwasserspiegel und keine Materialien mit einem Plastizitätsindex PI > 40 darf dies durch Anwendung der in Tabelle 4.1 angegebenen Abminderungsfaktoren für vs geschehen, wenn genauere Daten fehlen. Für steifere Bodenprofile und tieferen Grundwasserspiegel sollte die Abminderung entsprechend geringer (und die Variationsbreite stärker eingeschränkt) sein. (3) Wenn das Produkt ag ⋅ S gleich oder größer 0,1 g (d. h. gleich oder größer 0,98 m/s2) ist, sollten die Werte der inneren Dämpfung von Tabelle 4.1 verwendet werden, wenn besondere Messdaten fehlen. Tabelle 4.1 — Mittlere Bodendämpfungsverhältnisse und mittlere Abminderungsfaktoren (± einer Standardabweichung) für die Scherwellengeschwindigkeit vs und den Schubmodul G innerhalb einer Tiefe von 20 m Verhältnis der Bodenbeschleunigung, α⋅S

Dämpfungsverhältnis

0,10

vS

G

vS,max

Gmax

0,03

0,90 (± 0,07)

0,80 (± 0,10)

0,20

0,06

0,70 (± 0,15)

0,50 (± 0,20)

0,30

0,10

0,60 (± 0,15)

0,36 (± 0,20)

vs, max

ist der mittlere Wert von vs für kleine Verzerrungen (< 10–5), nicht über 360 m/s.

Gmax

ist der mittlere Schubmodul bei kleinen Verzerrungen.

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ANMERKUNG Infolge des Bereichserweiterung von ± einer Standardabweichung kann der entwerfende Ingenieur unterschiedlich konservative Annahmen treffen, in Abhängigkeit von solchen Parametern wie die Steifigkeit und die Schichtung des Bodenprofils. So könnten z. B. für steifere Profile höhere Werte für vs/vs,max und G/Gmax als die Durchschnittswerte verwendet werden, und für weichere Profile niedrigere Werte für vs/vs,max und G/Gmax als die Durchschnittswerte.

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DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

5 5.1

Gründung Allgemeine Anforderungen

(1)P Zusätzlich zu den allgemeinen Regeln von EN 1997-1:2004 muss die Gründung eines Bauwerks in einem Erdbebengebiet folgende Anforderungen erfüllen: a)

Die betreffenden Kräfte vom Oberbau müssen ohne ins Gewicht fallende bleibende Verformungen auf den Baugrund übergetragen werden, gemäß den Kriterien in 5.3.2.

b)

Die erdbebeninduzierten Baugrundverformungen sind verträglich mit den wesentlichen funktionalen Anforderungen des Bauwerks.

c)

Die Gründung muss nach den Regeln in 5.2 und den Mindestanforderungen in 5.4 konzipiert, bemessen und gebaut werden, damit die mit der Unsicherheit bezüglich der Erdbebenantwort verbundenen Risiken begrenzt bleiben.

(2)P Die Verzerrungsabhängigkeit der dynamischen Bodeneigenschaften (siehe 4.2.3) sowie die mit der zyklischen Natur der Erdbebenbelastung verbundenen Auswirkungen müssen gebührend berücksichtigt werden. Wenn eine Verbesserung oder ein Austausch des ursprünglichen Bodens wegen seiner Empfindlichkeit gegen Verflüssigung oder Verdichtung erforderlich ist, müssen die Eigenschaften des in situ verbesserten oder sogar ausgetauschten Bodens berücksichtigt werden. (3) Wo es vernünftig oder notwendig erscheint, dürfen Bodenmaterialkennwerte oder Widerstandsbeiwerte in Abweichung von denjenigen, die in 3.1(3) erwähnt werden, Verwendung finden, vorausgesetzt, sie entsprechen demselben Sicherheitsniveau. ANMERKUNG werden.

5.2

Beispiele sind Widerstandsbeiwerte, die auf die Ergebnisse von Pfahlbelastungsversuchen angewendet

Regeln für den konzeptionellen Entwurf

(1)P Mit Ausnahme von Brücken und Rohrleitungen dürfen gemischte Gründungssysteme, z. B. Pfähle mit Flachgründungen, bei Bauwerken nur dann verwendet werden, wenn eine besondere Untersuchung die Angemessenheit einer solchen Lösung nachweist. Gemischte Gründungssysteme dürfen in dynamisch unabhängigen Teilen desselben Bauwerks verwendet werden. (2)P Bei der Wahl des Gründungstyps müssen folgende Punkte berücksichtigt werden: a)

Die Gründung muss ausreichend steif sein, um die vom Oberbau stammenden örtlich wirkenden Auswirkungen gleichmäßig auf den Baugrund zu übertragen.

b)

Die Auswirkungen horizontaler Relativverschiebungen zwischen vertikalen Bauteilen müssen bei der Wahl der Steifigkeit der Gründung in ihrer horizontalen Ebene berücksichtigt werden.

c)

Wird eine Abnahme der Amplitude der Erdbebenbewegung mit der Tiefe angenommen, so muss dies durch eine geeignete Untersuchung begründet werden, und in keinem Fall darf das Spitzenbeschleunigungsverhältnis einen bestimmten Bruchteil p des Produkts α ⋅ S auf Höhe der Bodenoberfläche unterschreiten.

NormCD - Stand 2011-02

ANMERKUNG Der p zugewiesene Wert zur Verwendung innerhalb eines Landes darf seinem Nationalen Anhang entnommen werden. Der empfohlene Wert ist p = 0,65.

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DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

5.3

Bemessungswerte der Auswirkungen

5.3.1

Abhängigkeit von der Tragwerksauslegung

(1)P Dissipative Bauwerke. Die Auswirkungen für die Gründung dissipativer Bauwerke müssen auf der Grundlage von Kapazitätsbemessungsregeln bestimmt werden, unter Berücksichtigung des Entstehens von möglichen Überfestigkeiten. Die Untersuchung dieser Auswirkungen muss in Übereinstimmung mit den diesbezüglichen Abschnitten der einschlägigen Teilen von Eurocode 8 durchgeführt werden. Für Hochbauten gilt insbesondere die einschränkende Bedingung in EN 1998-1:2004, 4.4.2.6(2)P. (2)P Nichtdissipative Tragwerke. Die Auswirkungen für die Gründungen nichtdissipativer Tragwerke müssen aus der Berechnung in der Erdbebenbemessungssituation ohne Berücksichtigung der Kapazitätsbemessung ermittelt werden, siehe auch EN 1998-1:2004, 4.4.2.6(3). 5.3.2

Die Übertragung der Auswirkungen in den Baugrund

(1)P Um der Gründung zu ermöglichen, 5.1(1)P a) zu genügen, müssen die folgenden Kriterien für die Übertragung der Horizontalkraft sowie der Normalkraft/des Biegemoments in den Baugrund angewendet werden. Für Pfähle und Pfahlgründungen müssen die zusätzlichen Kriterien in 5.4.2 berücksichtigt werden. (2)P Horizontalkraft. Der Bemessungswert der horizontalen Schubkraft VEd muss mittels folgender Mechanismen übertragen werden: a)

durch den Bemessungs-Scherwiderstand FRd zwischen der horizontalen Sohlfläche eines Einzelfundaments oder einer Gründungsplatte und dem Boden, wie in 5.4.1.1 beschrieben;

b)

durch den Bemessungs-Scherwiderstand zwischen den vertikalen Seitenflächen der Gründung und dem Boden;

c)

Durch die Bemessungs-Erddruckwiderstände auf die Seitenflächen der Gründung, unter den Einschränkungen und Bedingungen, die in 5.4.1.1, 5.4.1.3 und 5.4.2 beschrieben werden.

(3)P Eine Kombination des Scherwiderstands mit bis zu 30 % des Widerstands aus dem vollständig aktivierten passiven Erddruck ist zulässig. (4)P Normalkraft und Biegemoment. In geeigneter Weise berechnete Bemessungsnormalkräfte NEd und Biegemomente MEd müssen mittels eines oder einer Kombination folgender Mechanismen in den Baugrund übertragen werden: a)

Durch Bemessungs-Auflagerkräfte, die auf die Sohlfläche der Gründung wirken;

b)

durch die Bemessungswerte von Biegemomenten, entstanden aus dem horizontalen BemessungsScherwiderstand zwischen den Seitenflächen von tiefen Gründungsbauteilen (Senkkästen, Pfählen, Caissons) und dem Boden, unter den in 5.4.1.3 und 5.4.2 beschriebenen Einschränkungen und Bedingungen;

c)

durch den vertikalen Bemessungs-Scherwiderstand zwischen den Seitenflächen von eingebetteten und tiefliegenden Gründungsbauteilen (Kästen, Pfählen, Pfahlgründungen und Caissons) und dem Boden.

5.4 5.4.1

Nachweise und Dimensionierungskriterien Flachgründungen oder eingebettete Gründungen

NormCD - Stand 2011-02

(1)P Die folgenden Nachweise und Dimensionierungskriterien müssen für direkt auf dem darunter liegenden Boden aufliegende Flachgründungen oder eingebettete Gründungen durchgeführt bzw. erfüllt werden.

19

DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

5.4.1.1

Einzelfundamente (Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit)

(1)P Entsprechend den Bemessungskriterien für den Grenzzustand der Tragfähigkeit müssen Einzelfundamente für Versagen durch Gleiten und für Versagen durch Überschreitung der Tragfähigkeit (Grundbruch) nachgewiesen werden. (2)P Versagen durch Gleiten. Im Fall von Gründungen, deren Sohlfläche oberhalb des Grundwasserspiegels liegt, muss der Widerstand gegen diese Art des Versagens durch Reibung und, unter den Bedingungen (beschrieben in (5)) dieses Unterabschnitts, durch seitlichen Erddruck erfolgen. (3) Wenn keine genaueren Untersuchungen vorliegen, darf der Bemessungs-Reibungswiderstand FRd für Einzelfundamente oberhalb des Grundwasserspiegels nach folgender Formel berechnet werden: FRd = NEd

tan δ

γM

(5.1)

Dabei ist

NEd

die Bemessungsnormalkraft auf der horizontalen Sohlfläche;

δ

der Bauwerk-Boden-Reibungswinkel auf der Sohlfläche des Einzelfundaments, der nach EN 1997-1:2004, 6.5.3 berechnet werden darf;

γM

der Teilsicherheitsbeiwert für die Materialeigenschaft, zahlenmäßig gleich dem beim tan φ ′ anzuwendenden Wert (siehe 3.1(3)).

(4)P Im Fall von Gründungen unterhalb des Grundwasserspiegels muss der Bemessungs-Scherwiderstand auf der Grundlage der undrainierten Scherfestigkeit ermittelt werden, nach EN 1997-1:2004, 6.5.3. (5) Der Bemessungs-Seitenwiderstand Epd infolge Erddruck auf die Seitenfläche des Einzelfundaments darf gemäß den Angaben in 5.3.2 berücksichtigt werden, vorausgesetzt, es werden vor Ort geeignete Maßnahmen ergriffen, wie z. B. die Verdichtung der Hinterfüllung gegen die Seitenflächen des Einzelfundaments, das Einrammen einer vertikalen Gründungswand in den Boden oder das Betonieren eines Einzelfundaments unmittelbar auf die saubere, senkrecht anstehende Bodenfläche. (6)P Um sicherzustellen, dass kein Versagen durch Gleiten auf einer waagerechten Sohlfläche stattfinden kann, muss der nachstehende Ausdruck erfüllt sein

VEd ≤ FRd + Epd

(5.2)

(7) Bei Gründungen oberhalb des Grundwasserspiegels darf ein begrenztes Maß an Gleitung zugelassen werden, vorausgesetzt, die beiden folgenden Bedingungen sind erfüllt: ⎯ die Bodeneigenschaften bleiben während des Erdbebens unverändert; ⎯ das Gleiten wirkt sich auf die Funktionsfähigkeit etwaiger Ver- und Entsorgungsleitungen (z. B. Wasser-, Gas-, Zugangs- oder Fernmeldeleitungen), die mit dem Bauwerk verbunden sind, nicht negativ aus. Die Größe des Gleitweges sollte mit Rücksicht auf das globale Verhalten des Bauwerks vertretbar sein.

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(8)P Versagen durch Grundbruch. Um die Anforderungen von 5.1(1)P a) zu erfüllen, muss die Tragfähigkeit der Gründung unter der Kombination der wirkenden Schnittgrößen NEd, VEd und MEd nachgewiesen werden. ANMERKUNG Zum Nachweis der seismischen Tragfähigkeit der Gründung dürfen die allgemeine Beziehung und die Kriterien des informativen Anhangs F verwendet werden. Diese ermöglichen die Berücksichtigung der Neigung der Belastung und der Ausmittigkeit wegen der Trägheitskräfte im Bauwerk und auch die möglichen Auswirkungen der Trägheitskräfte auf den lastaufnehmenden Boden selbst.

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DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

(9) Es wird darauf aufmerksam gemacht, dass sich bei einigen empfindlichen Tonböden eine Abnahme der Scherfestigkeit einstellen könnte, und dass kohäsionslose Materialien empfindlich sind gegen die Zunahme des dynamischen Porenwasserdrucks unter zyklischer Beanspruchung sowie gegen die nach oben gerichtete Fortpflanzung des Porenwasserdrucks aus darunter liegenden Schichten nach einem Erdbeben. (10) Die Ermittlung der Tragfähigkeit des Bodens unter Erdbebenbeanspruchung sollte mögliche festigkeitsund steifigkeitsmindernde Mechanismen berücksichtigen, deren Wirkung schon bei verhältnismäßig niedrigen Verzerrungsniveaus einsetzen könnte. Wenn diese Erscheinungen berücksichtigt werden, dürfen abgeminderte Werte der Teilsicherheitsbeiwerte für die Materialeigenschaften verwendet werden. Andernfalls sollten die Werte verwendet werden, auf die in 3.1(3) hingewiesen wird. (11) Das Ansteigen des Porenwasserdrucks unter zyklischer Beanspruchung sollte berücksichtigt werden, entweder durch Betrachtung seines Einflusses auf die Festigkeit des undrainierten Bodens (bei der Berechnung der Gesamtspannung) oder über den Porenwasserdruck (bei der Berechnung der Effektivspannung). Für Bauwerke mit Bedeutungsbeiwert γI größer als 1,0 sollte das nichtlineare Bodenverhalten bei der Bestimmung möglicher bleibender Verformungen bei Erdbeben berücksichtigt werden. 5.4.1.2

Horizontale Verbindungen zwischen Gründungskörpern

(1)P In Übereinstimmung mit 5.2 müssen die durch horizontale Relativverschiebungen im Gründungsbereich in das Tragwerk eingeleiteten zusätzlichen Auswirkungen ermittelt werden und es müssen geeignete Maßnahmen zur Anpassung der Konstruktion ergriffen werden. (2) Für Hochbauten ist die in (1)P dieses Unterabschnitts enthaltene Anforderung als erfüllt zu betrachten, wenn die Gründungen in ein und derselben horizontalen Ebene angeordnet sind und Zerrbalken oder eine geeignete Gründungsplatte auf Höhe der Einzelfundamente oder der Pfahlkopfplatten vorgesehen sind. Diese Maßnahmen sind in folgenden Fällen nicht erforderlich: a) für Baugrundklasse A und b) bei niedriger Erdbebengefährdung für Baugrundklasse B. (3) Die Biegeträger des untersten Geschosses eines Hochbaus dürfen als Zerrbalken betrachtet werden, vorausgesetzt, sie befinden sich innerhalb von 1,0 m von der Sohlfläche der Einzelfundamente oder der Pfahlköpfe. Eine Gründungsplatte darf gegebenenfalls die Zerrbalken ersetzen, vorausgesetzt, sie befindet sich innerhalb 1,0 m von der Sohlfläche der Einzelfundamente oder der Pfahlköpfe. (4) Die erforderliche Zugfestigkeit dieser Verbindungsbauteile darf durch Näherungsverfahren schätzungsweise ermittelt werden. (5)P Wenn keine genaueren Regeln oder Verfahren zur Verfügung stehen, sind die Verbindungen der Einzelfundamente als ausreichend zu betrachten, wenn die unter (6) und (7) dieses Unterabschnitts angegebenen Regeln erfüllt sind. (6)

Zerrbalken

Folgende Maßnahmen sollten ergriffen werden: a)

Die Zerrbalken sollten für eine Längskraft bemessen werden, die sowohl als Zug- als auch als Druckkraft wirkt, mit dem Wert: ± 0,3 α ⋅ S ⋅ NEd für die Baugrundklasse B, ± 0,4 α ⋅ S ⋅ NEd für die Baugrundklasse C, ± 0,6 α ⋅ S ⋅ NEd für die Baugrundklasse D,

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wobei NEd dem Mittelwert der Bemessungswerte der Längskräfte der verbundenen vertikalen Bauteile in der Erdbebenbemessungssituation entspricht. b)

Die Längsbewehrung sollte im Körper des Einzelfundaments oder in den anderen darin einbindenden Zerrbalken voll verankert werden.

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(7)

Gründungsplatten

Die folgenden Maßnahmen sollten ergriffen werden: a)

Die Anschlussbereiche sollten zur Aufnahme von Längskräften gleich den in (6) a) dieses Unterabschnitts angegebenen bemessen werden.

b)

Die Längsbewehrung der Anschlussbereiche sollte voll im Körper der Einzelfundamente oder in der anschließenden Platte verankert sein.

5.4.1.3

Plattengründungen

(1) Alle Bestimmungen aus 5.4.1.1 dürfen auch auf Plattengründungen angewandt werden, jedoch mit folgenden Einschränkungen: a)

Der Globalwert des Reibungswiderstands darf im Fall einer einzigen Gründungsplatte berücksichtigt werden. Für einfache Gründungsträgerroste darf eine gleichwertige Einzelfundament-Sohlfläche an jeder Balkenkreuzung angenommen werden.

b)

Gründungsbalken und/oder -platten dürfen als Zerrbalken betrachtet werden; die Regel für ihre Dimensionierung ist auf eine Effektivbreite anwendbar, die der Breite des Gründungsbalkens oder einer Plattenbreite gleich der zehnfachen Plattendicke entspricht.

(2) Eine Plattengründung kann auch einen Nachweis in ihrer eigenen Ebene, als Scheibe, erfordern, unter ihren eigenen horizontalen Trägheitskräften und den aus dem Oberbau übertragenen Horizontalkräften. 5.4.1.4

Kastenförmige Gründungen

(1) Alle Bestimmungen von 5.4.1.3 dürfen auch auf kastenförmige Gründungen angewandt werden. Zusätzlich darf der Seitenwiderstand des Bodens, wie in 5.3.2(2) und 5.4.1.1(5) angegeben, für alle Baugrundkategorien berücksichtigt werden, unter den vorgeschriebenen Einschränkungen. 5.4.2

Pfähle und Pfahlgründungen

(1)P Pfähle und Pfahlgründungen müssen zur Aufnahme von folgenden beiden Arten von Auswirkungen bemessen werden: a)

Trägheitskräfte aus dem Oberbau. Solche Kräfte, kombiniert mit den statischen Lasten, ergeben die Bemessungsauswirkungen NEd, VEd, MEd, erwähnt in 5.3.2.

b)

Kinematische Kräfte, infolge der Verformung des umgebenden Bodens beim Durchgang der Erdbebenwellen.

(2)P Der Grenzwiderstand von Pfählen bei Querbelastung muss im Einklang mit den Grundsätzen von EN 1997-1:2004, 7.7 nachgewiesen werden. (3)P Berechnungen zur Ermittlung der entlang der Pfähle wirkenden Schnittgrößen sowie der Verschiebung und der Verdrehung am Pfahlkopf müssen auf diskreten Modellen oder Kontinuums-Modellen basieren, die folgende Gegebenheiten realistisch (und sei es auch nur näherungsweise) wiedergeben können: ⎯ die Biegesteifigkeit des Pfahls;

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⎯ die Bodenreaktionen entlang des Pfahls, mit angemessener Berücksichtigung der Auswirkungen der zyklischen Beanspruchung und der Größe der Bodenverzerrungen; ⎯ die dynamische Wechselwirkung zwischen den Pfählen untereinander (auch dynamischer „Pfahlgruppen“-Effekt genannt);

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⎯ den Verdrehungs-Freiheitsgrad am Pfahlkopf bzw. des Pfahlkopfes oder jenen der Verbindung zwischen Pfahl und Bauwerk. ANMERKUNG Zur Berechnung der Pfahlsteifigkeiten können die im informativen Anhang C angegebenen Formelausdrücke als Anleitung dienen.

(4)P Der seitliche Widerstand von Bodenschichten, die zu Verflüssigung oder zu einem wesentlichen Festigkeitsabfall neigen, muss vernachlässigt werden. (5) Werden Schrägpfähle verwendet, sollten sie für die sichere Übertragung sowohl von Längskräften als auch von Biegebeanspruchungen bemessen werden. ANMERKUNG

Schrägpfähle werden nicht zur Übertragung von Horizontalkräften in den Boden empfohlen.

(6)P Biegemomente infolge kinematischer Wechselwirkung müssen nur dann ermittelt werden, wenn alle folgenden Umstände gleichzeitig auftreten: ⎯ Das Baugrundprofil entspricht den Baugrundklassen D, S1 oder S2 und enthält aufeinander folgende Schichten mit stark ausgeprägten Steifigkeitsunterschieden. ⎯ Die Erdbebenzone entspricht einer mittlerer oder hoher Erdbebengefährdung, d. h., das Produkt ag ⋅ S ist größer als 0,10 g (d. h. größer als 0,98 m/s2), und das unterstützte Bauwerk gehört zur Bedeutungskategorie III oder IV. (7) Pfähle sollten grundsätzlich so bemessen sein, dass sie im elastischen Zustand verbleiben, jedoch darf sich unter bestimmten Umständen ein plastisches Gelenk am Pfahlkopf ausbilden. Die Bereiche mit möglicher Bildung von Fließgelenken sollten nach den Regeln in EN 1998-1:2004, 5.8.4 bemessen werden.

6

Boden-Bauwerk-Wechselwirkung

(1)P Der Einfluss der dynamischen Boden-Bauwerk-Wechselwirkung muss berücksichtigt werden bei: a)

Bauwerken, bei denen Einflüsse aus Theorie II. Ordnung (P-δ-Effekte) eine wichtige Rolle spielen;

b)

Bauwerken mit massiven oder tiefliegenden Gründungen wie Brückenpfeiler, Offshore-Caissons und Silos;

c)

schlanken, hohen Bauwerken wie Türmen und Schornsteinen, wie sie in EN 1998-6 behandelt werden;

d)

Tragwerken auf sehr weichem Untergrund, mit mittlerer Scherwellengeschwindigkeit vs,max (wie in Tabelle 4.1 definiert) unter 100 m/s, wie etwa bei den Böden der Baugrundklasse S1.

ANMERKUNG Der informative Anhang D liefert Informationen zu den allgemeinen Auswirkungen und der Bedeutung der dynamischen Boden-Bauwerk-Wechselwirkung.

(2)P Die Einflüsse der Boden-Bauwerk-Wechselwirkung auf Pfähle müssen nach 5.4.2 für alle Bauwerke untersucht werden.

7 7.1

Stützbauwerke Allgemeine Anforderungen

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(1)P Stützbauwerke müssen so bemessen werden, dass sie ihre Funktion während und nach dem Erdbeben erfüllen, ohne bedeutende Schäden an ihrer Tragkonstruktion zu erleiden. (2) Bleibende Verformungen in Form kombinierter Gleit- und Kippbewegungen, wobei Letztere auf irreversible Verformungen des Baugrundes zurückgehen, können zulässig sein, vorausgesetzt, es wird nachgewiesen, dass sie mit den funktionalen und/oder ästhetischen Anforderungen kompatibel sind.

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DIN EN 1998-5:2010-12 EN 1998-5:2004 (D)

7.2

Wahl des Tragwerktyps und allgemeine Gesichtspunkte für die Auslegung

(1)P Die Wahl des Tragwerkstyps muss im Allgemeinen auf der Grundlage der üblichen Gebrauchstauglichkeitsbedingungen erfolgen, nach den allgemeinen Grundsätzen von EN 1997-1:2004, Abschnitt 9. (2)P Es muss besonders darauf geachtet werden, dass die Erfüllung der erdbebenbedingten Zusatzanforderungen zu einer Anpassung des Entwurfs und, gelegentlich, zur Wahl eines besser geeigneten Tragwerkstyps führen kann. (3)P Das Hinterfüllmaterial hinter dem Bauwerk muss in situ sorgfältig eingebracht und verdichtet werden, um eine möglichst enge Verbindung mit der vorhandenen Bodenmasse zu erzielen. (4)P Die Drainagesysteme hinter dem Bauwerk müssen in der Lage sein, vorübergehende und dauernde Verschiebungen ohne Beeinträchtigung ihrer Funktionen zu ertragen. (5)P Insbesondere im Fall von kohäsionslosen Böden, die Wasser enthalten, muss die Drainage in ausreichendem Abstand unterhalb der potenziellen Bruchfläche hinter den Bauwerken wirksam sein. (6)P Es muss sichergestellt sein, dass der gestützte Boden einen erhöhten Sicherheitsabstand gegen Verflüssigung unter dem Bemessungserdbeben aufweist.

7.3

Berechnungsverfahren

7.3.1

Allgemeine Verfahren

(1)P Jedes allgemein akzeptierte Verfahren, das auf Methoden der Tragwerks- und Baugrunddynamik basiert und durch Erfahrung und Beobachtungen bestätigt wird, ist zur Untersuchung der Sicherheit eines Stützbauwerks grundsätzlich brauchbar. (2)

Die folgenden Aspekte sollten berücksichtigt werden:

a)

Das im Allgemeinen nichtlineare Verhalten des Bodens während seiner dynamischen Wechselwirkung mit dem Stützbauwerk;

b)

die Trägheitswirkungen, die mit den Massen des Bodens, des Bauwerks und aller anderen Gewichtslasten, die am Wechselwirkungsprozess teilnehmen könnten, einhergehen;

c)

die hydrodynamischen Auswirkungen, die durch das Vorhandensein von Wasser im Boden hinter der Wand und/oder durch das Wasser auf der Außenseite der Wand verursacht werden;

d)

die Kompatibilität der Verformungen von Boden, Wand und Verankerungen, soweit vorhanden.

7.3.2 7.3.2.1

Vereinfachte Verfahren: pseudo-statische Berechnung Grundmodelle

(1)P Das Grundmodell für die pseudo-statische Berechnung besteht aus dem Stützbauwerk und seiner Gründung, aus einem Bodenkeil hinter dem Bauwerk, von dem vorausgesetzt wird, dass er sich in einem aktiven Grenzgleichgewichtszustand befindet (wenn das Bauwerk ausreichend nachgiebig ist), aus einer etwaigen zusätzlichen Flächenlast auf dem Bodenkeil und, möglicherweise, aus einer Bodenmasse am Wandfuß, von der vorausgesetzt wird, dass sie sich in einem passiven Gleichgewichtszustand befindet.

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(2) Um einen aktiven Zustand des Bodens herbeizuführen, muss die Wandbewegung während des Bemessungserdbebens genügend groß sein; dies kann für verformbare Tragwerke durch Biegung und für Schwergewichtsbauwerke durch Gleitung oder Drehung geschehen. Bezüglich der Wandbewegung, die zur Entstehung eines aktiven Grenzzustands erforderlich ist, siehe EN 1997-1:2004, 9.5.3.

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(3) Bei starren Bauwerken, wie etwa bei Kellergeschosswänden oder auf Fels oder Pfählen gegründeten Schwergewichtswänden, entstehen höhere Drücke als der aktive Erddruck, und es ist richtiger, einen Ruhedruckzustand des Bodens anzunehmen, wie in E.9 gezeigt. Das sollte auch angenommen werden für verankerte Stützwände, wenn keine Wandbewegung zugelassen ist. 7.3.2.2

Erdbebeneinwirkung

(1)P Zum Zweck der pseudo-statischen Berechnung muss die Erdbebeneinwirkung als eine Gruppe von horizontalen und vertikalen statischen Kräften angenommen werden, die gleich sind dem Produkt der Gewichtskräfte mit einem Erdbebenbeiwert. (2)P Die vertikale Erdbebeneinwirkung muss als aufwärts oder abwärts gerichtet betrachtet werden, so dass jeweils die ungünstigste Auswirkung erzielt wird. (3) Die Intensität solcher Ersatzerdbebenkräfte für eine gegebene Erdbebenzone hängt von der Größe der bleibenden Verschiebung ab, die einerseits zulässig ist und andererseits durch die gewählte bauliche Lösung tatsächlich ermöglicht wird. (4)P Wenn keine genaueren Untersuchungen vorliegen, müssen die horizontalen (kh) und vertikalen (kv) Erdbebenbeiwerte, die alle Massen betreffen, wie folgt angenommen werden: kh = α

S r

(7.1)

kv = ± 0,5 kh, wenn avg/ag größer ist als 0,6

(7.2)

kv = ± 0,33 kh in allen anderen Fällen

(7.3)

Der Faktor r nimmt die in Tabelle 7.1 aufgelisteten Werte in Abhängigkeit von der Art des Stützbauwerks an. Für Stützwände nicht höher als 10 m muss der Erdbebenbeiwert als über die Höhe konstant angenommen werden. Tabelle 7.1 — Werte des Faktors r für die Berechnung des horizontalen Erdbebenbeiwerts Art des Stützbauwerks

r

Freie Schwergewichtswände mit einer aufnehmbaren Verschiebung bis zu dr = 300 α ⋅ S (mm)

2

Freie Schwergewichtswände mit einer aufnehmbaren Verschiebung bis zu dr = 200 α ⋅ S (mm)

1,5

Biegebeanspruchte Stahlbetonwände, verankerte oder ausgesteifte Wände, auf vertikalen Pfählen stehende Stahlbetonwände, gehaltene Kellergeschosswände und Brückenwiderlager

1

(5) Beim Vorhandensein von wassergesättigten, kohäsionslosen Böden, die zum Aufbau von hohen Porenwasserdrücken neigen: a)

sollte der Faktor r von Tabelle 7.1 nicht größer als 1,0 angenommen werden;

b)

sollte der Sicherheitsfaktor gegen Verflüssigung nicht kleiner als 2 sein.

ANMERKUNG Der Wert 2 für den Sicherheitsbeiwert folgt aus der Anwendung von 7.2(6)P im Rahmen der vereinfachten Methode von 7.3.2.

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(6)

Für mehr als 10 m hohe Stützbauwerke sowie für zusätzliche Informationen zum Faktor r siehe E.2.

(7) Bei Stützkonstruktionen, die nicht Schwergewichtswände sind, dürfen die Auswirkungen der vertikalen Beschleunigung auf das Stützbauwerk vernachlässigt werden.

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7.3.2.3

Bemessungswerte für den Erddruck und den Wasserdruck

(1)P Die gesamte unter Erdbebenbedingungen auf die Wand wirkende Bemessungskraft muss durch Berücksichtigung der Grenzgleichgewichtsbedingung für das in 7.3.2.1 beschriebene Modell berechnet werden. (2)

Diese Kraft darf nach Anhang E ermittelt werden.

(3) Die in (1)P dieses Unterabschnitts angesprochene Bemessungskraft sollte als die Resultierende aus dem statischen und dem dynamischen Erddruck betrachtet werden. (4)P Der Angriffspunkt der aus dem dynamischen Erddruck resultierenden Kraft muss in Ermangelung einer genaueren Untersuchung, welche die relative Steifigkeit, die Art der Bewegungen und die relative Masse des Stützbauwerks berücksichtigt, als auf halber Wandhöhe liegend angenommen werden. (5) Für Wände, die sich frei um ihren Fußpunkt drehen können, darf die dynamische Kraft im gleichen Punkt wie die statische Kraft angreifen. (6)P Die Druckverteilungen auf die Wand infolge statischer und dynamischer Einwirkung müssen in einem Winkel relativ zur Wandnormalen angreifend angenommen werden, der nicht größer ist als (2/3) φ ′ für den aktiven und gleich null für den passiven Zustand. (7)P Für den Boden unterhalb des Grundwasserspiegels muss zwischen Bedingungen dynamischer Durchlässigkeit, unter welchen das Wasser sich gegenüber dem festen Korngerüst frei bewegen kann, und solchen dynamischer Undurchlässigkeit, unter welchen so gut wie keine Drainage unter der Erdbebeneinwirkung stattfinden kann, unterschieden werden. (8) Für die meisten praktisch vorkommenden Fälle und für Böden mit geringerer Durchlässigkeit als -4 5×10 m/s kann sich das Porenwasser nicht frei gegenüber dem festen Korngerüst bewegen; die Erdbebeneinwirkung findet unter im Wesentlichen undrainierten Verhältnissen statt und der Boden darf als Einphasenmedium behandelt werden. (9)P Für die Bedingungen dynamischer Undurchlässigkeit müssen alle vorhergehenden Vorschriften als gültig betrachtet werden, vorausgesetzt, die Wichte des Bodens und der horizontale Erdbebenbeiwert werden in angemessener Weise geändert. (10) Änderungen für die Bedingungen dynamischer Undurchlässigkeit dürfen nach E.6 und E.7 durchgeführt werden. (11)P Für eine dynamisch durchlässige Hinterfüllung müssen die durch die Erdbebeneinwirkung erzeugten Auswirkungen im Boden und im Wasser als voneinander entkoppelte Auswirkungen betrachtet werden. (12) Deshalb sollte ein hydrodynamischer Wasserdruckanteil zum hydrostatischen Wasserdruck addiert werden, nach E.7. Der Angriffspunkt der aus dem hydrodynamischen Wasserdruck resultierenden Kraft darf in einer Tiefe unterhalb der Oberfläche der wassergesättigten Schicht angenommen werden, die 60 % der Höhe einer solchen Schicht entspricht. 7.3.2.4

Hydrodynamischer Druck auf die Wandaußenfläche

(1)P Es muss die größte (positive oder negative) Druckschwankung gegenüber dem vorhandenen hydrostatischen Druck, infolge der Schwankungen des Wasserspiegels auf der dem Wasser ausgesetzten Wandseite, berücksichtigt werden.

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(2)

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Dieser Druck darf nach E.8 ermittelt werden.

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7.4

Standsicherheits- und Festigkeitsnachweise

7.4.1

Standsicherheit des Bodens der Gründung

(1)P Die folgenden Nachweise werden verlangt: ⎯ Gesamtstandsicherheit; ⎯ örtliches Bodenversagen. (2)P Der Nachweis der Gesamtstandsicherheit muss nach den Regeln in 4.1.3.4 durchgeführt werden. (3)P Die Grenztragfähigkeit der Gründung muss für Versagen durch Gleiten und für Versagen durch Grundbruch überprüft werden (siehe 5.4.1.1). 7.4.2

Verankerungen

(1)P Verankerungssysteme (einschließlich freier Spannglieder, Verankerungsmechanismen, Ankerköpfen und Haltevorrichtungen) müssen sowohl eine genügend große Tragfähigkeit und Länge besitzen, um das Gleichgewicht des kritischen Bodenkeils unter seismischen Bedingungen sicherzustellen (siehe 7.3.2.1), als auch eine ausreichende Fähigkeit, sich den seismischen Verformungen des Baugrunds anzupassen. (2)P Der Verankerungswiderstand muss nach den Regeln von EN 1997-1:2004 für ständige und vorübergehende Bemessungssituationen für Grenzzustände der Tragfähigkeit ermittelt werden. (3)P Es muss sichergestellt sein, dass der Boden, in dem die Verankerung stattfindet, die erforderliche Festigkeit für das Funktionieren der Verankerung während des Bemessungserdbebens besitzt und, insbesondere, dass er einen erhöhten Sicherheitsabstandbeiwert gegen Verflüssigung aufweist. (4)P Die Länge Le zwischen dem Anker und der Wand muss größer sein als der für nichtseismische Lasten erforderliche Abstand Ls. (5) Die Länge Le für Verankerungen, die in einer Bodenschicht mit ähnlichen Eigenschaften wie diejenigen des Bodens hinter der Wand eingebettet sind, und für ebene Bodenoberflächen darf mit Hilfe folgender Formel ermittelt werden:

Le = Ls (1 + 1,5α ⋅ S) 7.4.3

(7.4)

Tragfähigkeit des Bauwerks

(1)P Es muss nachgewiesen werden, dass sich unter der Kombination der Erdbebeneinwirkung mit anderen möglichen Lasten ein Gleichgewichtszustand einstellt ohne Überschreitung der Bemessungswerte der Tragfähigkeit der Wand und der stützenden Bauteile. (2)P Zu diesem Zweck müssen die einschlägigen Grenzzustände für Tragwerksversagen nach EN 1997-1:2004, 8.5, berücksichtigt werden. (3)P Bei allen tragenden Bauteilen muss die Einhaltung folgender Bedingung sichergestellt sein

Rd > Ed

(7.5)

Dabei ist

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Rd der Bemessungswert des Widerstands des Bauteils, der in der gleichen Art wie für den nichtseismischen Lastfall ermittelt wird; Ed der Bemessungswert der Beanspruchungen, wie nach der in 7.3 beschriebenen Berechnung bestimmt.

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Anhang A (informativ) Topographische Verstärkungsfaktoren

A.1 Dieser Anhang gibt einige vereinfachte Verstärkungsfaktoren für die beim Standsicherheitsnachweis

von Böschungen verwendete Erdbebeneinwirkung an. Solche, mit ST bezeichneten Faktoren werden in erster Näherung als unabhängig von der Grundschwingungsperiode betrachtet, und damit als konstante Skalierungsfaktoren multiplikativ auf die Ordinaten des elastischen Antwortspektrums nach EN 1998-1:2004 angewendet. Diese Verstärkungsfaktoren sollten vorzugsweise verwendet werden, wenn die Böschungen zu zweidimensionalen topographischen Unregelmäßigkeiten gehören, wie lange Bergrücken oder Klippen mit einer Höhe über etwa 30 m.

A.2 Für mittlere Böschungswinkel kleiner als ungefähr 15° dürfen Einflüsse der Topographie vernachlässigt werden, während im Fall einer stark unregelmäßigen örtlichen Topographie eine besondere Untersuchung empfohlen wird. Für größere Winkel sind folgende Richtlinien anwendbar: a)

Isolierte Klippen und Böschungen. Ein Wert ST ≥ 1,2 sollte bei Standorten in der Nähe des Gipfels angewendet werden;

b)

Bergrücken, deren Breite in der Gipfelregion bedeutend kleiner ist als am Fuß. Ein Wert ST ≥ 1,4 sollte nahe dem Gipfel der Böschung bei mittleren Böschungswinkeln größer als 30° verwendet werden, und ein Wert ST ≥ 1,2 sollte bei kleineren Böschungswinkeln verwendet werden;

c)

Vorhandensein einer lockeren Oberflächenschicht. Ist eine lockere Oberflächenschicht vorhanden, sollte der kleinste ST-Wert in a) und b) um wenigstens 20 % erhöht werden;

d)

räumliche Veränderlichkeit des Verstärkungsfaktors. Es darf angenommen werden, dass der Wert von ST als lineare Funktion der Höhe über dem Fuß der Klippe oder des Bergrückens abnimmt und am Fußpunkt den Wert eins annimmt.

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A.3 Im Allgemeinen nimmt die seismische Vergrößerung auch mit größer werdender Tiefe im Inneren des Bergrückens schnell ab. Daher sind topographische Einflüsse, die bei Standsicherheitsberechnungen zu berücksichtigen sind, am größten und im Wesentlichen oberflächennahe wirkend entlang der Gipfelregion von Bergrücken, und viel kleiner bei tief liegenden Erdrutschen, wo die Bruchflächen in Fußpunktnähe verlaufen. Wird in diesem letzten Fall das pseudo-statische Berechnungsverfahren angewendet, dürfen topographische Einflüsse vernachlässigt werden.

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Anhang B (normativ) Empirische Diagramme für vereinfachte Verflüssigungsuntersuchungen

B.1 Allgemeines. Die empirischen Diagramme für vereinfachte Verflüssigungsuntersuchungen stellen

Korrelationen zwischen In-situ-Messwerten und zyklischen Scherspannungen dar, von denen bekannt ist, dass sie bei früheren Erdbeben zu Verflüssigungen geführt haben. Auf der horizontalen Achse solcher Diagramme wird eine in situ gemessene Bodenkenngröße aufgetragen, wie der normierte Spitzendruck oder die Scherwellengeschwindigkeit vs, während auf der vertikalen Achse die durch das Erdbeben induzierte zyklische Scherspannung (τe) aufgetragen wird, üblicherweise bezogen auf den effektiven Überlagerungsdruck (σ ′vo). Alle Diagramme enthalten eine Grenzkurve des zyklischen Widerstands (Tragfähigkeit), welche den Nichtverflüssigungsbereich (rechts) vom Bereich trennt, in dem Verflüssigung möglich ist (links und oberhalb der Kurve). Manchmal werden mehr als eine Kurve angegeben, die z. B. Böden mit verschieden großem Feinkorngehalt oder Erdbeben mit verschiedenen Magnituden entsprechen. Außer bei Diagrammen, die Spitzendruckwerte (CPT) verwenden, ist die Anwendung empirischer Verflüssigungskriterien nach Möglichkeit zu unterlassen bei potenziell verflüssigbaren Böden, die in Schichten oder Adern vorkommen, deren Mächtigkeit einige zehn Zentimeter nicht überschreitet. Wenn ein wesentlicher Kiesanteil vorhanden ist, kann die Empfindlichkeit gegen Verflüssigung nicht ausgeschlossen werden, doch sind die vorhandenen Beobachtungsdaten für die Konstruktion eines zuverlässigen Verflüssigungsdiagramms noch nicht ausreichend.

B.2 Diagramme auf der Grundlage von SPT-Schlagzahlen. Zu den am häufigsten gebrauchten Diagrammen gehören die Darstellungen in Bild B.1 für reine Sande und schluffige Sande. Die SPT-Schlagzahl N1(60), unter Bezug auf Überlagerungseinflüsse und das Energieverhältnis, wird wie in 4.1.4 beschrieben erhalten. Unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes von τe ist das Eintreten einer Bodenverflüssigung unwahrscheinlich, da sich der Boden elastisch verhält und keine Akkumulierung des Porenwasserdrucks stattfindet. Daher wird die Grenzkurve nicht bis zurück zum Ursprung extrapoliert. Zur Anwendung des vorliegenden Kriteriums auf Erdbeben mit Oberflächenwellenmagnituden MS, die sich von 7,5 unterscheiden, sollten die Ordinaten der Kurven in Bild B.1 mit einem in Tabelle B.1 angegebenen Faktor CM multipliziert werden.

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Tabelle B.1 — Werte des CM-Faktors

MS

CM

5,5

2,86

6,0

2,20

6,5

1,69

7,0

1,30

8,0

0,67

B.3 Diagramme auf der Grundlage von CPT-Werten. Auf der Grundlage zahlreicher Untersuchungen betreffend den Zusammenhang zwischen dem CPT-Widerstand und dem Bodenwiderstand gegen Verflüssigung wurden Diagramme ähnlich wie Bild B.1 entwickelt. Solchen direkten Beziehungen muss der Vorzug gegeben werden vor indirekten Messwertkorrelationen auf der Grundlage eines Zusammenhangs zwischen der SPT-Schlagzahl und dem CPT-Widerstand.

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B.4 Diagramme auf der Grundlage der Scherwellengeschwindigkeit vs. Diese Kenngröße ist viel-

versprechend als Feldindex bei der Ermittlung der Empfindlichkeit gegen Verflüssigung in Böden mit Schwierigkeiten bei der Probenentnahme (wie Schluff und Sand) oder der Penetration (Kies). Auch sind in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte bei der Messung von vs im Feld erzielt worden. Andererseits ist die Herleitung von Messwertkorrelationen zwischen vs und dem Bodenwiderstand gegen Verflüssigung noch in Entwicklung begriffen und die Ergebnisse sollten nicht ohne Hilfe eines Spezialisten verwendet werden.

Legende τe/σ ′vo

Zyklisches Spannungsverhältnis

A B Kurve 1: Kurve 2: Kurve 3:

Reine Sande Schluffige Sande 35 % Feinkorngehalt 15 % Feinkorngehalt < 5 % Feinkorngehalt

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Bild B.1 — Zusammenhang zwischen Spannungsverhältnissen, die Verflüssigung hervorrufen, und N1(60)-Werten für reine und schluffige Sande für Erdbeben mit MS = 7,5

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Anhang C (informativ) Statische Pfahlkopfsteifigkeiten

C.1 Die Pfahlsteifigkeit wird als diejenige Kraft (dasjenige Moment) definiert, die (das) am Pfahlkopf

angreifen muss, um eine Einheitsverschiebung (Einheitsverdrehung) in der gleichen Richtung zu erzielen (während die Verschiebungen/Verdrehungen in den anderen Richtungen gleich null sind), und wird mit KHH (Horizontalsteifigkeit), KMM (Biegesteifigkeit) und KMH (Kreuzsteifigkeit) bezeichnet. Folgende Bezeichnungen werden in der folgenden Tabelle C.1 verwendet:

E

Elastizitätsmodul des Bodenmodells, gleich 3G;

Ep

Elastizitätsmodul des Pfahlmaterials;

Es

Elastizitätsmodul des Bodens in einer Tiefe gleich dem Pfahldurchmesser;

d

Pfahldurchmesser;

z

Tiefe. Tabelle C.1 — Ausdrücke für die statische Steifigkeit biegsamer Pfähle für drei Bodenmodelle der Einbettung Bodenmodell

E = Es ⋅ z/d

E = Es ⋅

z/d

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E = Es

KHH dEs

KMM d 3 Es

KHM d 2 Es

⎡ Ep ⎤ 0,60 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,35

⎡ Ep ⎤ 0,14 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,80

⎡ Ep ⎤ − 0,17 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,60

⎡ Ep ⎤ 0,79 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,28

⎡ Ep ⎤ 0,15 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,77

⎡ Ep ⎤ − 0,24 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,53

0,21

⎡ Ep ⎤ 0,16 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,75

⎡ Ep ⎤ − 0,22⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

0,50

⎡ Ep ⎤ 1,08 ⎢ ⎥ ⎣ Es ⎦

31

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Anhang D (informativ) Dynamische Boden-Bauwerk-Wechselwirkung (BBW) — Allgemeine Auswirkungen und Bedeutung

D.1 Als Ergebnis der dynamischen BBW wird sich das Erdbebenverhalten eines nachgiebig gelagerten Bauwerks, d. h. eines auf verformbarem Baugrund gegründeten Bauwerks, in mancher Hinsicht von dem des gleichen, auf starrem Baugrund (starre Lagerung) gegründeten Bauwerks, das der gleichen Freifeldanregung ausgesetzt ist, unterscheiden, aus folgenden Gründen: a)

Die Bewegung der Gründung des nachgiebig gelagerten Bauwerks wird sich von der Freifeldbewegung unterscheiden und könnte eine wichtige Kippkomponente des starr gelagerten Bauwerks enthalten;

b)

die Grundschwingungsperiode des nachgiebig gelagerten Bauwerks wird länger sein als diejenige des starr gelagerten Bauwerks;

c)

die Schwingungsperioden, Modalformen und modalen Beteiligungsfaktoren des nachgiebig gelagerten Bauwerks werden sich von denjenigen des starr gelagerten Bauwerks unterscheiden;

d)

die Gesamtdämpfung des nachgiebig gelagerten Bauwerks wird zusätzlich zur Dämpfung, die dem Oberbau zugeordnet ist, sowohl die Abstrahlungsdämpfung als auch die innere Dämpfung enthalten, die an der Schnittstelle zwischen Boden und Gründung entstehen.

D.2 Für die Mehrheit der üblichen Hochbauten wirken sich die Einflüsse der BBW tendenziell günstig aus,

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da sie die Biegemomente und Querkräfte in den verschiedenen Bauteilen des Oberbaus abmindern. Andererseits könnte sich die BBW für die in Kapitel 6 aufgezählten Tragwerke ungünstig auswirken.

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Anhang E (normativ) Vereinfachte Berechnung von Stützbauwerken

E.1 Vom Konzept her wird der Faktor r als Verhältnis definiert zwischen dem Beschleunigungswert, der die größte, mit den gegebenen Bindungen verträgliche bleibende Verschiebung erzeugt, und dem Wert, der dem Grenzgleichgewichtszustand (Einsetzen der Verschiebung) entspricht. Folglich ist r größer für Wände, welche größere Verschiebungen aufnehmen können.

E.2 Für mehr als 10 m hohe Stützbauwerke darf eine eindimensionale Freifeldberechnung für vertikal

propagierende Wellen durchgeführt und eine genauere Abschätzung von α zwecks Verwendung in Formel (7.1) erhalten werden, indem ein Mittelwert der Spitzenwerte der horizontalen Bodenbeschleunigung entlang der Bauwerkshöhe angenommen wird.

E.3 Der Bemessungswert der gesamten von der Bodenseite her auf das Stützbauwerk wirkenden Kraft Ed ist durch die Beziehung gegeben Ed =

1 γ * (1 ± kv )K ⋅ H 2 + Ews + Ewd 2

(E.1)

mit: H

Wandhöhe;

Ews statische Wasserdruckkraft; Ewd hydrodynamische Wasserdruckkraft, wie unten definiert;

γ*

Wichte des Bodens (in E.5 bis E.7 definiert);

K

Erddruckbeiwert (statisch + dynamisch);

kv

Erdbebenbeiwert in vertikaler Richtung (siehe Gleichungen 7.2 und 7.3).

E.4 Der Erddruckbeiwert darf nach der Formel von Mononobe und Okabe berechnet werden. Für aktive Zustände: Wenn β ≤ φ ′d – θ K=

sin2 (ψ + φd′ − θ ) ⎡ sin(φd′ + δ d ) sin(φd′ − β − θ ) ⎤ cos θ sin2 ψ sin(ψ − θ − δ d )⎢1 + ⎥ sin(ψ − θ − δ d ) sin(ψ + β ) ⎦⎥ ⎣⎢

2

(E.2)

Wenn β > φ ′d – θ

NormCD - Stand 2011-02

K=

sin2 (ψ + φ − θ ) cos θ sin2 ψ sin(ψ − θ − δ d )

(E.3)

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Für passive Zustände (ohne Scherwiderstand zwischen dem Boden und der Wand): K =

sin2 (ψ + φd′ − θ ) ⎡ sin φd′ sin(φd′ + β − θ ) ⎤ cos θ sin2 ψ sin(ψ + θ )⎢1 − ⎥ sin( ψ + β ) sin(ψ + θ ) ⎥⎦ ⎣⎢

2

(E.4)

In den vorhergehenden Beziehungen wurden folgende Bezeichnungen verwendet:

φ ′d

ist der Bemessungswert des Reibungswinkels des Bodens (Scherwiderstands), d. h. ⎛ tan φ ′ ⎞ ⎟; ⎟ ⎝ γφ′ ⎠

φd′ = tan −1⎜⎜

ψ und β sind die Neigungswinkel der Wandrückseite und der Oberfläche der Hinterfüllung gegen die Horizontale, wie in Bild E.1 gezeigt;

δd

ist der Bemessungswert des Winkels des Scherwiderstands zwischen dem Boden und der ⎛ tan δ Wand, d. h. δ d = tan −1⎜ ⎜ γ ′ ⎝ φ

θ

⎞ ⎟; ⎟ ⎠

ist der in E.5 bis E.7 definierte Winkel.

Die Formel für passive Zustände sollte vorzugsweise für vertikale Wandflächen (ψ = 90°) verwendet werden.

E.5 Der Grundwasserspiegel liegt unterhalb der Stützwand — Erddruckbeiwert. Es gelten die folgenden Parameter:

γ * ist die γ Wichte des Bodens tan θ =

kh 1 m kv

Ewd = 0

(E.5) (E.6) (E.7)

Dabei ist

kh

der horizontale Erdbebenbeiwert (siehe Formel 7.1).

Alternativ dürfen Tabellen und Diagramme verwendet werden, die für den statischen Zustand (nur Gewichtskräfte) gelten, mit folgenden Änderungen: Mit tan θ A =

kh 1 + kv

(E.8)

tan θB =

kh 1 − kv

(E.9)

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und

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wird das gesamte Boden-Wand-System in geeigneter Weise um den zusätzlichen Winkel θA oder θB gedreht. Die Erdbeschleunigung wird ersetzt durch folgende Werte: gA =

g (1 + k v ) cos θ A

(E.10)

gB =

g (1 − k v ) cos θB

(E.11)

oder

E.6 Dynamisch undurchlässiger Boden unterhalb des Grundwasserspiegels — Erddruckbeiwert. Die folgenden Parameter werden angewendet:

γ * = γ – γw γ

tan θ =

γ − γw

(E.12) ⋅

kh 1 m kv

Ewd = 0

(E.13) (E.14)

Dabei ist

γ

die Wichte des wassergesättigten Bodens;

γw die Wichte des Wassers.

E.7 Dynamisch (hoch)durchlässiger Boden unterhalb des Grundwasserspiegels — Erddruckbeiwert. Es gelten die folgenden Parameter:

γ * = γ – γw tan θ =

E wd =

γd kh ⋅ γ − γ w 1m kv

7 kh ⋅ γ w ⋅ H ′2 12

(E.15) (E.16)

(E.17)

Dabei ist

γd

die Wichte des trockenen Bodens;

H′

die Höhe des Grundwasserspiegels über der Wandsohle.

E.8 Hydrodynamischer Druck auf die Wandaußenfläche. Dieser Druck, q(z), darf berechnet werden zu:

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q( z ) = ±

7 kh ⋅ γ w ⋅ h ⋅ z 8

(E.18)

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Dabei ist

kh

der horizontale Erdbebenbeiwert mit r = 1 (siehe Formel 7.1);

h

die freie Wasserhöhe;

z

die vom Wasserspiegel aus senkrecht nach unten gemessene Koordinate.

E.9 Kraft infolge Erddruck für starre Bauwerke. Für starre, vollständig unverschieblich gehaltene Tragwerke, wodurch kein aktiver Zustand im Boden entstehen kann, und für eine vertikale Wand mit horizontaler Hinterfüllung darf die dynamische Kraft infolge des Erddruckzuwachses angenommen werden zu ΔPd = α ⋅ S ⋅ γ ⋅ H2

(E.19)

Dabei ist

H

die Wandhöhe.

Der Angriffspunkt darf auf halber Höhe angenommen werden.

aktiv

passiv

NormCD - Stand 2011-02

Bild E.1 — Konvention für Winkel in den Formeln für den Erddruckkoeffizienten

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Anhang F (informativ) Seismische Grundbruchsicherheit von Flachgründungen

F.1 Allgemeiner Ausdruck. Die Standfestigkeit gegen seismisch induzierten Grundbruch eines flachgegründeten Streifenfundaments auf der Oberfläche eines homogenen Bodens darf mittels folgender Formel überprüft werden, welche die Bodenfestigkeit, die Bemessungsschnittkräfte (NEd, VEd, MEd) in der Gründungsebene und die Trägheitskräfte im Boden miteinander verknüpft: (1 − eF )c T ( β V )c T

(

( N )a ⎡ 1 − mF k ⎢⎣

)k ′ − N ⎤⎥⎦

b

+

′

(1 − f F )c M (γ M )c M

(

( N )c ⎡ 1 − mF k ⎢⎣

)k ′ − N ⎤⎥⎦

d

−1≤ 0

(F.1)

Dabei ist

γ Rd NEd

N=

N max

, V =

γ RdVEd N max

, M =

γ Rd M Ed B N max

(F.2)

Nmax

die Grenztragfähigkeit der Gründung unter einer mittig wirkenden Last, wie in F.2 und F.3 definiert;

B

die Fundamentbreite;

F

die dimensionslosen Trägheitskräfte des Bodens, wie in F.2 und F.3 definiert;

γRd

der Modell-Teilsicherheitsbeiwert (Werte für diesen Parameter werden in F.6 angegeben);

a, b, c, d, e, f, m, k, k', cT, cM, c'M, β, γ sind numerische Parameter, die vom Boden abhängen, wie in F.4 definiert.

F.2 Rein kohäsiver Boden. Für rein kohäsive Böden oder wassergesättigte kohäsionslose Böden beträgt die Grenztragfähigkeit Nmax unter einer zentrischen vertikalen Last Nmax = ( π + 2)

c

γM

B

(F.3)

Dabei ist c

die undrainierte Scherfestigkeit des Bodens, cu, für kohäsive Böden oder zyklische undrainierte Scherfestigkeit, τcy,u, für kohäsionslose Böden;

γM der Teilsicherheitsfaktor für Materialeigenschaften (siehe 3.1(3)). Die dimensionslose Boden-Trägheitskraft F beträgt:

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F =

ρ ⋅ ag ⋅ S ⋅ B c

(F.4)

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Dabei ist

ρ

die Dichte des Bodens;

ag

der Bemessungswert der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A (ag = γI agR);

agR der Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung für Baugrundklasse A;

γI

der Bedeutungsbeiwert;

S

der Bodenparameter, definiert in EN 1998-1:2004, 3.2.2.2.

Folgende Einschränkungen gelten für den allgemeinen Ausdruck für den Grundbruchwiderstand (Tragfähigkeit): 0 < N