Leistungsermittlungshandbuch fur Baumaschinen und Bauprozesse, 3. Auflage [3., überarb. Aufl.] 3540225080, 9783540225089 [PDF]

Zitiervorschau

Gerhard Girmscheid Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse

Gerhard Girmscheid

Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse 3., überarbeitete Auflage

Mit 87 Abbildungen

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Prof. Dr. Gerhard Girmscheid ETH Zürich Institut für Bauplanung und Baubetrieb Wolfgang-Pauli-Str. 15 8093 Zürich Schweiz [email protected]

Kopublikation mit vdf Hochschulverlag Zürich 3-540-22508-0 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN 3-7281-2977-1 vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich ISBN

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Vorwort zur dritten Auflage Der wirtschaftliche, leistungsfähige, hoch mechanisierte Baubetrieb ist durch den optimalen Einsatz der Geräte und Bauhilfsmaterialien in einer Leistungserstellungsprozesskette für die jeweilige baubetriebliche Aufgabenstellung gekennzeichnet. Die Wahl der Geräte wird sowohl durch technische Gegebenheiten wie auch durch wirtschaftliche Gesichtspunkte geprägt. Die wirtschaftlichen Aspekte ergeben sich aus der Marktlage und den strategischen Unternehmenszielen. Daraus resultieren die untemehmensspezifische Art der Gerätebereitstellung, das Service- und Bauhofkonzept sowie die Finanzierung [1]. Die Leistungsermittlung von Einzelgeräten [2], eingebettet in Teil- und Gesamtprozesse, ist die Grundlage für die Auswahl und Anzahl der Leistungsgeräte, um die projektspezifischen Leistungsziele zu erreichen, und dient zudem als unverzichtbare Basis der Termin- und Kostenplanung (Kalkulation) sowie des Controllings. Daher kommt der Leistungsermittlung als Basis einer systematischen, ergebnisorientierten Kalkulation, die in meinem neuen Buch "Risikobasierte Kostenkalkulation und Preisbildung in Bauunternehmen" ausführlich behandelt wird, grösste Bedeutung zu; sie ist somit Grundlage einer ergebnisorientierten, effizienten Baustellenvorbereitung. Dieses ursprünglich aus meinen Vorlesungen an der ETH Zürich entstandene Handbuch liegt nun, angeregt durch die grosse Resonanz auf die ersten beiden Auflagen, in der dritten, vollständig überarbeiteten und teilweise erweiterten Auflage vor. Es soll angehenden Bauingenieurinnen und -ingenieuren in der Arbeitsvorbereitung und Bauausführung sowie Maschineningenieurinnen/-ingenieuren in den Bau-/Werkhöfen als Nachschlagewerk dienen, um Leistungsermittlungen im Baubetrieb vorzunehmen. Dazu wird ein analytisches Grundkonzept zur Leistungsermittlung von Baugeräten sowie der Produktionsketten von parallelen und hintereinander geschalteten Geräten unterschiedlicher Teilprozesse vorgestellt. Gegenüber der zweiten Auflage wurde die Flüssigkeitsförderung in Kapitel 4 um eine Beispielrechnung für die Dimensionierung der Flüssigkeits-FeststoffFörderung ergänzt und das Jetgrouting in Kapitel 6 um die Berechnung der erforderlichen Pumpenleistung erweitert. In der Regel werden in diesem Buch keine "Standardwerte", sondern die elementaren analytischen Zusammenhänge angegeben. Im Anhang findet der Leser auf einer CD eine Zusammenstellung der üblichen Standardgeräte mit entsprechenden technischen Informationen, die in der Angebotsphase und zur Vorbereitung einer Baustelle meist V

ausreichend sind. Damit dient der Anhang des Buchs gleichzeitig auch als maschinentechnisches Nachschlagewerk im Baubetrieb. Er soll jedoch nicht die Baugerätelisten oder Herstellerprospekte ersetzen; für spezifische technische Informationen und bei speziellen Geräten sind in jedem Fall die neuesten entwicklungsgebundenen Daten der jeweiligen Hersteller heranzuziehen. Nichts ist perfekt - der Autor weiss, dass ein solches Handbuch weiterentwickelt werden muss und erwartet gerne konstruktive Kritik. So haben aufmerksame Leser auf Fehler in den beiden früheren Ausgaben hingewiesen, die nun berichtigt wurden. Auch bei dieser dritten Auflage möchte ich meinen Mitarbeitern am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich, insbesondere Herrn Dipl.-Ing. Thorsten Busch, danken, die mit ihrer engagierten Unterstützung dazu beigetragen haben, das Buch in dieser Qualität herzustellen.

Zürich, Januar 2004

Gerhard Girmscheid

Haftungsausschluss Die Angaben in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt, allerdings übernimmt der Autor keine Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder sonstige Qualität der bereitgestellten Informationen. Haftungsansprüche gegen den Autor, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der in diesem Buch enthaltenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und/oder unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges Verschulden vorliegt.

VI

Inhaltsverzeichnis

1 1.1 1.2 1.3 1.4

LEISTUNG IM BAUBETRIEB Leistungsbegriffe Bestimmung von Leistungswerten Leistung von Produktionsketten Allgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten

1 2 8 10 11

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

BAUSTELLENEINRICHTUNGEN Sozialeinrichtungen Wasserversorgung Stromversorgung Druckluftversorgung Separationsanlagen

19 20 21 27 40 47

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

ERDBAUGERÄTE Hydraulikbagger Radlader Laderaupe Planiergeräte Verdichtungsgeräte

53 54 60 63 66 81

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

TRANSPORTGERÄTE LKW; SKW; Dumper Gleisförderung Bandförderung Flüssigkeitsförderung Schneckenförderung

89 90 108 119 124 161

VII

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

TUNNELBAUGERÄTE Tunnelbohrmaschine Teilschnittmaschine Bohrmaschinen Bohren und Sprengen einer Ortsbrust Lüftung

169 170 177 182 185 188

6 SPEZIALTIEFBAU 6.1 Jetgrouting 6.2 Rammen

197 198 207

7 7.1 7.2 7.3

HOCHBAU Krane Betonanlagen Stahlbetonarbeiten

227 228 231 236

8

FAKTOREN

243

9

Anhang: CD

275

10 Literaturverzeichnis

281

11 Abbildungsverzeichnis

287

12 Tabellenverzeichnis

291

13 Stichwortverzeichnis

295

VIII

1

Leistung im Baubetrieb Leistungsbegriffe Bestimmung von Leistungswerten Leistung von Produktionsketten Allgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten

Leistung im Baubetrieb 1.1 Leistungsbegriffe Um Bauverfahren zu bewerten und anschliessend Bauzeit und Baukosten festlegen zu können, müssen Leistungswerte für einzelne Baumaschinen sowie ganze Prozessketten bekannt sein. Einheitliche und konsistente Definitionen der für die Leistungsberechnung relevanten Begriffe sind notwendig, um Angaben und Ergebnisse untereinander vergleichbar zu machen. Als Leistung bezeichnet man Arbeit pro Zeiteinheit, wobei unter Arbeit in der Regel eine hergestellte, gelieferte oder beförderte Menge verstanden wird [3]. . . . Leistung

=

hergestellte Menge — — Zeiteinheit

Der Begriff Menge [3] Im Baubetrieb häufig verwendete Mengen sind z.B. • Aushub von Bodenmasse in m3 • Herstellen von Wandschalung in m2 • Verlegen von Betonstahl in t oder bei Betrachtung einer vom Bauherrn geforderten Gesamtleistung • Herstellen einer Fertiggarage in Stück • umbauter Raum im Hochbau in m3 Da diese Mengenbegriffe nicht präzise genug sind, müssen sie in der Regel genauer definiert werden. So kann im Erdbau ein m3 bedeuten: • m3 Material in ungestörter, natürlicher Lagerung • m3 Material in aufgelockertem Zustand, z.B. auf einer LKW-Mulde • m3 Material in wieder eingebautem, verdichtetem Zustand Ein m3 Beton kann aufgefasst werden als: • m3 trockenes Gemisch aus Zuschlagstoffen und Zement • m3 unverdichteter Frischbeton • m3 verdichteter, abgebundener Beton Betongüte, Art der Zuschlagstoffe und des Zements, Wassergehalt sowie Verarbeitungsverfahren sind allerdings noch nicht präzisiert.

Neben der Menge ist auch die der Berechnung zugrunde liegende Zeiteinheit des Leistungsbegriffs zu definieren. Einzelne Arbeitsabläufe einer Zeitstudie, wie z.B. das Arbeitsspiel ts eines Ladegeräts, werden in Minuten angegeben. Im Baubetrieb nutzt man als Zeiteinheiten Stunden, Tage und Monate für die summarische Arbeits-, Einsatz- und Vorhaltezeit. Es bereitet allerdings häufig Schwierigkeiten, Anfang und Ende des zu betrachtenden Zeitraums festzulegen und anzugeben. So stellt sich die Frage, ob zwischen Beginn und Ende der gesamte Zeitraum erfasst oder Teile ausgenommen werden sollen (z.B. die Aufbau-, Abbau- und Einsatzzeit oder nur die Betriebszeit des Geräts). Auf Baustellen wird in der Regel ohne Schichtbetrieb, allerdings mit Überstunden gearbeitet. Daher kann man die Arbeitszeit wie folgt ansetzen: 1 Tag = 8 - 1 0 Arbeitsstunden Im Untertagebau [2] oder bei Instandsetzungsarbeiten von Fernstrassen kommt meistens der Schichtbetrieb zum Einsatz, wobei die Schichtarbeitszeiten oben genannten Arbeitszeiten entsprechen. Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung Bei der Beurteilung von Baugerätekosten ist zwischen Betriebszeit, Einsatzzeit und Vorhaltezeit zu unterscheiden (Bild 1-1). Man definiert vereinfacht: • Betriebszeit = reine Arbeitszeiten des Geräts einschliesslich der Umsetzzeiten innerhalb des Arbeitsbereichs. • Einsatzzeit = Betriebszeit, Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen von Baggermatratzen) und Einarbeitungszeiten, Umsetzzeiten innerhalb der Baustelle, betrieblich bedingte Wartezeiten und Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. • Vorhaltezeit = Einsatzzeit, Zeiten für An- und Abtransport sowie (falls erforderlich) Auf-, Um- und Abbauzeiten, Stillliegezeiten auf der Baustelle, Zeiten für Wartung, Pflege und Reparatur. Die Vorhaltezeit ist damit die Zeitspanne, in der ein Gerät einer Baustelle zur Verfügung steht und anderweitig nicht darüber verfügt werden kann [4].

Verschroltung

Anschaffung - LebensdauerNutzungsdauer Vorhaltezeit 1

Vcrha t 3zeit II

Baustelle 1

3aus e le II

/An- und Abl transport

1

/forberei ( ung/Ein \arbeitun

\uf-, Um-, Abbau

jnsafe zeit

1

Betriebszeit

Stillliegezeit

1

Umsetzen

X

Wartung / Pflege

Reparatur J

Bauh ofzeit

Vorhaltezeitlll

Ba hof

Baustelle III

^Barait( stellung/ Vj-agerunQ

Reparatur ]

1

Betrieblich AbschlussN bedingie Wartezeil derArbeiteni

Bild 1-1: Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung nach [4] Die Geräte- und Energiekosten für Bereitstellungsgeräte (z.B. Krane) berechnen sich nach der Dauer der Vorhaltezeit. Die Gerätekosten für Leistungsgeräte (z.B. Bagger) berechnet man oft nach der Dauer der Einsatz- bzw. Betriebszeit und den Energieverbrauch nach der Betriebszeit. Eine Berechnung der Gerätekosten von Leistungsgeräten über die Vorhaltezeit führt allerdings dazu, dass der Baustelleneinsatz dieser Geräte möglichst kurz gehalten wird, da in diesem Fall auch nicht arbeitende Leistungsgeräte Kosten verursachen. Somit wird die Bauleitung angehalten, die Einsätze von Leistungsgeräten effizient zu gestalten und bei beendetem Einsatz die Geräte zügig anderen Baustellen zur Verfügung zu stellen. Als Mass der Effizienz dient in diesem Fall der Quotient aus Betriebs- und Vorhaltezeit. Die Ermittlung der Arbeitsleistung einer Person oder einer Maschine und der Vergleich mit anderen Leistungen setzen voraus, dass die beeinflussenden Randbedingungen erfasst und genormt sind [3]. Die theoretische Grundleistung Qo muss aufgrund verschiedener, zum Teil interaktiver Einwirkungen auf die Nutzleistung QN abgemindert werden. Diese Reduktionsfaktoren setzen sich aus folgenden Einflussbereichen [5] zum Euler'schen Produkt zusammen: • den humanen Faktoren (Qualifikation und Motivation der Maschinisten) • den organisatorischen Faktoren (Qualifikation der Bauleitung und Arbeitsvorbereitung zur Gestaltung organisatorischer Abläufe) • den technischen Faktoren (an die Aufgaben angepasstes Gerät sowie technischer Zustand)

• den umweltbedingten Faktoren (Wetter, Temperatur, Bodenzustand etc.) Die humanen, organisatorischen und umweltbedingten Faktoren setzen sich z.B. zusammen aus: • dem Bedienungsfaktor rd [-]. Dieser reflektiert die humanen Faktoren der Ausbildung und der Qualifikation des Beschäftigten und seine Leistungsmotivation in Abhängigkeit von Lohn, Prämien und persönlichem Einsatz [3]. Tabelle 1-1: Werte für Bedienungsfaktoren T|I [-] [3]

Ausbildung und Qualifikation sehr gut (geübt) durchschnittlich sehrgut (geübt)

Leistungsmotivation

T11

sehrgut(100%) gut (90 %) ausreichend

1.00 0.80 0.75

Interpretiert man die untere Zeile der Tabelle 1-1, so führt bei einem sehr guten Baggerfahrer ein Absinken der Leistungsmotivation von „sehr gut" auf „ausreichend" zu einem Leistungseinbruch von 25 %. Es ist allerdings nicht einfach, einen allgemeingültigen Bezugswert z.B. für einen sehr gut ausgebildeten und qualifizierten sowie sehr hoch motivierten Baggerfahrer festzulegen, weshalb sich die Auswahl der passenden Beiwerte für die menschliche Arbeitsleistung in der Leistungsberechnung als schwierig erweist. • den Betriebsbedingungen ri 2 [-]. Diese reflektieren die organisatorischen und umweltbedingten Faktoren wie die Einsatzbedingungen (Wetter, Helligkeit, örtliche Gegebenheiten wie z.B. Verschlammung der Arbeitsfläche bei Radladern) sowie die Arbeitsvorbereitung der Arbeitsabläufe. Das Produkt der Faktoren r\-\ x r|2 wird auch als Betriebsbeiwert bezeichnet.

Leistung im Baubetrieb

1

Neben den Leistungseinflussfaktoren, die durch den Menschen, die Organisation und die Umweltbedingungen beeinflusst werden, müssen noch die technischen Leistungseinflussfaktoren erfasst werden. Diese geben den Einfluss der realen Betriebsbedingungen gegenüber den als ideal definierten Bedingungen zur Ermittlung der Grundleistung Qo wieder. Die idealen Bedingungen, die der Ermittlung der Grundleistung zugrunde liegen, müssen den Unterlagen der Maschinenhersteller wie z.B. [6], [7] entnommen werden. Die technischen Leistungsflussfaktoren untergliedern sich in (nach [5] und [8]): • fi • f2 • f3

• f4 • f5

Abbau- bzw. Grabtiefenfaktor: Geometrische Relationen wie Abbauhöhe/Grabentiefe zu Löffelstiellänge. Schwenkwinkeleinfluss- bzw. Fahrwegfaktor: Verhältnis des idealen zum realen Schwenkwinkel bzw. Fahrweg vom Lade- zum Abladepunkt. Entleerungsgenauigkeitsfaktor: Entladen des Löffels oder der Schaufel gezielt auf ein Transportfahrzeug oder nur auf Schütthaufen oder eine Kippe. Bei Entleerung auf ein Transportgerät ist das Verhältnis von Löffel-/Schaufelinhalt zum Fassungsvermögen des Transportgeräts zu berücksichtigen. Schneiden- bzw. Zahnzustandsfaktor: Abnutzungsgrad der Schneid- bzw. Aufladewerkzeuge. Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor: Einsatzzeit, Instandhaltungszustand des Geräts.

Der Geräteausnutzungsgrad r|G [-] ergibt sich aus dem Quotienten der effektiven Betriebszeit (= Schichtzeit minus Unterbrechungs-/ Ausfallzeiten) und der Schichtzeit. Man kann diesen Faktor auch als Effektivitätsfaktor bezeichnen; er sagt aus, dass ein Gerät z.B. 50 min/h effektiv arbeitet. Diese Reduktion ergibt sich aus Umsetzzeiten bei einem Bagger während eines kontinuierlichen Aushubvorgangs (z.B. Graben) bzw. Ladevorgangs, um die optimale Geräteposition im Gerätearbeitsbereich für die Arbeit einzunehmen, oder Zigarettenpausen des Maschinenführers etc.

Leistung im Baubetrieb Tabelle der Leistungseinflussfaktoren, durch die die in den Handbüchern [6], [7] beschriebenen Idealbedingungen abgemindert werden: Tabelle 1-2: Leistungseinflussfaktoren r|-i

< 1:

Mensch: Leistungsfaktor des Geräteführers (Ausbildung, Motivation)

r\2

^ 1:

Organisation und Umwelt: Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Leistung (Wetter, Staub, Helligkeit, Arbeitsvorbereitung, Arbeitsabläufe etc.)

f-i.. .f

5

< < 1:

Technik: Technische Einflussfaktoren Effektivzeit: Geräteausnutzungsgrad eines Geräts, z.B. bezogen auf die Schichtzeit (Schichtzeit = effektive Betriebszeit sowie Unterbrechungs- und Ausfallzeiten)

Die Faktoren für die wichtigsten Leistungsgeräte können Kapitel 8 entnommen bzw. in Analogie übertragen werden.

Leistung im Baubetrieb 1.2 Bestimmung von Leistungswerten Nachkalkulation Leistungswerte beruhen auf Erfahrung und werden normalerweise im Rahmen des technischen Controllings dokumentiert. Sie resultieren aus der Nachkalkulation bereits fertig gestellter Bauprojekte und dienen vor allem der Ermittlung der für die Ausführung geräteintensiver Arbeiten benötigten Maschinen- und Lohnstunden. Ihre Kehrwerte ergeben Aufwandswerte, die sich als Quotient aus verbrauchter Arbeitszeit und geleisteter Menge definieren. Die für die Ausführung einer Tätigkeit benötigten Arbeitsstunden werden mit Hilfe dieser Aufwandswerte für Bauwerke mit gleichen Randbedingungen herangezogen. In der Kalkulation bezeichnet man die Aufwandswerte auch häufig als Stundenansätze. l-t-LcHunq -

9eleistete M e n 9 e verbrauchte Arbeitszeit

l-t-Aufwand-wcrt

verbrauchte

Arbeitszeit geleistete Menge

1 Ist-Leistung

Durchschnittliche Leistungswerte für Bauleistungen sind in Standardbüchern [9], [10], [11], [12] zusammengestellt, werden abervon den Bauunternehmen meist anhand eigener Erfahrungen aufgestellt und auf dem neuesten Stand gehalten. Folgende Punkte sind bei der Ermittlung der Leistungswerte zu berücksichtigen: • Jede Arbeit hat zu Beginn ihrer Ausführung eine Anlaufzeit, auch Lernphase genannt, bei der aufgrund der notwendigen Einarbeitung (Lernkurve) nur eine verminderte Leistung erzielt wird. Zusätzlich schränken in der Auslaufzeit der Ausführung verminderte Arbeitsflächen und Störungen im Bauablauf durch nachfolgende Gewerke die Leistungsfähigkeit ein. Zwischen Anlauf- und Auslaufzeit liegt die Hauptleistungszeit, in der die höchste Leistung erbracht wird. Diese Hauptleistungszeit setzt sich zusammen aus der Betriebszeit, den betrieblich bedingten Wartezeiten und den Umsetzzeiten auf der Baustelle. Für die Arbeitsausführung sind nun zwei Leistungswerte ermittelbar: 8

-

-

Ein mittlerer Leistungswert, bezogen auf die Einsatzzeit, bestehend aus Zeiten für Vorbereitung/Einarbeitung, Betriebszeit, betrieblich bedingte Wartezeiten, Umsetzen innerhalb der Baustelle und Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. Ein höherer Leistungswert, ausschliesslich auf die Betriebszeit bezogen.

• Auch während der Betriebsszeit verläuft die Leistungskurve nicht gleichmässig, sondern bewegt sich vielmehr in einer mehr oder weniger grossen Bandbreite um den Durchschnittswert. Bei der Ermittlung der Bauzeit und der Baukalkulation ist immer der mittlere auf die Einsatzzeit bezogene Leistungswert zugrunde zu legen. Die Abstimmung und Optimierung der Gerätekonfiguration erfolgt hingegen über den auf die Betriebszeit bezogenen Leistungswert. Zeitmessverfahren Das Zeitmessverfahren wird einerseits zur Bestimmung von detaillierten Arbeitsabläufen und Leistungswerten sowie andererseits zur kontinuierlichen Verbesserung sich wiederholender Arbeitsabläufe eingesetzt. Diese detaillierten Leistungswerte werden durch direkte Messungen und Beobachtungen während der Bauausführung ermittelt. Zwei Methoden bieten sich hierzu an [3]: • Die Dauer einzelner Arbeitsvorgänge wie auch der Verlustzeiten misst man mit durchlaufender Stoppuhr. • Mit Hilfe der Momentaufnahme (Zählverfahren, Multimomentverfahren) wird z.B. im Minutenabstand festgestellt und notiert, welche Tätigkeit ein einzelner Arbeiter oder die Arbeitsgruppe zu diesem Zeitpunkt gerade ausführt. Die Summe der Vielzahl solcher Beobachtungsstichproben ergibt eine Häufigkeitsstückliste. Diese enthält, bezogen auf die Gesamtbeobachtungsdauer, bestimmte Zeitanteile je Ablaufart [13]. Diese Methoden liefern bei einer genügend langen Beobachtung sowohl die Leistungswerte als auch eine gute Übersicht über schlecht funktionierende Arbeitseinsätze und ungenügende Abstimmung einzelner Produktionsketten (Verlustzeiten). Daher wird dieses Verfahren hauptsächlich zur kontinuierlichen Verbesserung von sich wiederholenden Arbeitsabläufen auf der Baustelle eingesetzt.

Leistung im Baubetrieb 1.3 Leistung von Produktionsketten Häufig wird bei der Bauwerkserstellung die Produktionsleistung nicht von einer einzelnen Maschine, sondern von mehreren in einer Produktionskette zusammenarbeitenden Maschinen erbracht. Beispiele hierfür sind das Zusammenspiel • im Betonbau von Betonmischer, Betontransport, Betonpumpen und Betonverteiler; • im Erdbau von Ladegeräten, Lastkraftwagen und Planiergeräten. Die Leistung einer Produktionskette wird immer vom Leitgerät bestimmt. Beim Leitgerät handelt es sich um eine einzelne Maschine oder eine Maschinengruppe, die innerhalb der Produktionskette die kleinste Leistung erbringt. In der Regei sind das Maschinen oder Maschinengruppen, bei denen die Leistung nur sehr aufwendig, z.B. wegen sehr hoher Investitions-, Miet- und Reparaturkosten, oder überhaupt nicht, z.B. wegen räumlichen oder von Arbeitsverfahren bestimmten Begrenzungen, angepasst werden kann. Alle anderen Maschinen der Produktionskette sind dann an die Leistungsfähigkeit des Leitgeräts anzupassen [1]. Erfordert die Durchführung einer Bauaufgabe zwei parallel oder abwechselnd arbeitende Produktionsketten, so müssen diese mit dem Ziel eines möglichst kontinuierlichen Produktionsflusses in Bezug auf minimale Wartezeiten optimiert werden [3]. Auf Linienbaustellen stellt z.B. das Schalen und Betonieren eines Hochhauses mit den Bauwerksteilen Decken sowie Kern und Stützen ein Beispiel zweier parallel laufender Produktionsketten dar. Die nachfolgenden baubetrieblichen Leistungsberechnungen und vor allem die leistungsabmindernden Beiwerte beruhen auf den Untersuchungen der Firmen Liebherr [6] und Caterpillar [7] sowie der Professoren Bauer [8] und Kühn [14].

10

Leistung im Baubetrieb 1.4 Allgemeine Leistungsberechnung von Baugeräten Kurzzeitleistungen Unter dieser Leistungskategorie werden die Leistungen in der Hauptphase des Vorgangs auf die Betriebszeit bezogen definiert. Die theoretische Leistung QT [m3/h] ist abhängig von der konstruktiven Gestaltung des Geräts in Bezug auf Maschinenleistung, Technologie, Kinematik, Arbeitsgeschwindigkeit und Lade- und Transportgefässinhalt. Sie besteht unter optimalen technischen Betriebsbedingungen, aber ohne Berücksichtigung materialabhängiger, technischer, bedienungs- und betriebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.

Die Grundleistung Qo [fm3/h] berücksichtigt die materialabhängigen Einflussfaktoren und erfolgt unter optimalen technischen Betriebsbedingungen, aber ohne Berücksichtigung technischer, bedienungs- und betriebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.

Die technische Grundleistung QTo [fm3/h] berücksichtigt alle materialabhängigen und technischen Einflussfaktoren, ohne bedienungs- und betriebsbedingte Einflüsse sowie die Geräteausnutzung.

11

Die Nutzleistung QN [fm3/h] (Durchschnittsleistung/Dauerleistung über die Betriebszeit) berücksichtigt alle bekannten materialbedingten und technischen Leistungsfaktoren, insbesondere auch die Bedienungsund Betriebsbedingungen sowie die Geräteausnutzung. QN —

SAE

3 r fm /hl [II /i IJ

x ^fiOO x k x k x k x n

k i - = axcp

[

= f., X f2 X f3 X f4 X f5

VSAE

ts a 9 112

fi

f2 f3 f4 f5

ki

k2 k3

[

Nenninhalt Grab-/Transportgefäss gemäss SAE Spielzeit Lösefaktor Füllfaktor Bedienungsfaktor Betriebsbedingungen Abbau-/Grabtiefenfaktor Schwenkwinkel-/Fahrwegfaktor Entleerungsgenauigkeitsfaktor SchneidenVZahnzustandsfaktor Verfügbarkeits7Gerätezustandsfaktor Ladefaktor Leistungseinflussfaktor Betriebsbeiwert Geräteausnutzungsgrad

3

[m ] [ s] [ fm3/!m3] [ [ [ [ [ •] [ [ [ [ [ -] [ -] [

Die Kurzzeitleistung bezieht sich auf die Betriebszeit, d.h. auf die reine Arbeitszeit des Geräts. Bei grossen, maschinenintensiven Erdbaustellen, d.h. Baustellen mit kontinuierlichem Geräteeinsatz, entspricht sie weitgehend der durchschnittlichen Leistung des gesamten Arbeitstags QAT[fm3/h]. Bei zyklischen Arbeitsabläufen, bei denen das Gerät nur zeitweise während der Arbeitszeit in Betrieb ist, weicht die Kurzzeitleistung teilweise deutlich von der Durchschnittsleistung des Arbeitstags ab. Im Berechnungskonzept von KurzzeitVNutzleistung QN sind neben den auf die Grundleistungen Qo bezogenen technischen Reduktionsfaktoren bereits auch die Bedienungs- und Betriebsbedingungen wie Motivation, Wettereinfluss etc. sowie die Geräteausnutzung während der Betriebszeit enthalten. Berücksichtigt wird ferner, dass eine neue Maschine hö-

12

here Leistungen erbringt als eine ältere, bedingt durch Verschleiss, aber auch durch häufigere kleinere Reparaturen an z.B. Hydraulikschläuchen oder Reisszähnen. Ferner ist auch die Geräteausnutzung über einen definierten Zeitraum enthalten, da z.B. ein Baggerführer nicht ununterbrochen eine volle Stunde oder einen ganzen Tag hocheffizient unter Beibehaltung der Konzentration über die ganze Schichtzeit hinweg arbeitet. Bei diesem Geräteausnutzungsgrad ist auch z.B. das Nachrücken eines Baggers während des Aushubs oder Ladevorgangs enthalten. In der KurzzeitVNutzleistung sind die folgenden Reduktionen nicht enthalten: • Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen von Baggermatratzen oder das Umrüsten auf ein anderes Grabgefäss) • Unterbruchszeiten für das Umsetzen an einen neuen Standort auf der gleichen Baustelle • Betrieblich bedingte Unterbrechungen und Wartezeiten • Einarbeitungs- und Abschlusszeit mit meist geringerer Leistung (Bild 1-3), da einerseits in der Lernphase erst der optimale Ablauf in der Prozesskette gefunden werden muss und andererseits in der Abschlussphase oft schon parallele Arbeiten anderer Gewerke beginnen, die Behinderungen verursachen können, oder noch Nacharbeiten durchgeführt werden müssen. Langzeitleistung Die Langzeitleistung, auch Einsatzleistung QET genannt, bezieht sich auf die Einsatzzeit der Geräte, die sich aus der Dauer der Prozesse ergibt, und baut auf dem Konzept der Kurzzeitleistung auf. Die Kurzzeitleistung wird dazu ergänzt durch Vorbereitungs- und Einarbeitungszeiten, durch unproduktive betrieblich bedingte Wartezeiten, die Dauer des Umsetzens an einen anderen Arbeitsort auf der Baustelle sowie Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. Beim Sprengvortrieb im Untertagebau, einem zyklisch ablaufenden Vortriebsverfahren, wird nach dem Sprengen das Haufwerk geladen. Diese Arbeiten beanspruchen nur 3 - 4 Stunden einer Schicht von 8 - 1 0 Stunden. In der restlichen Zeit werden andere Arbeiten durchgeführt. Das bedeutet, dass die effektive Nutzleistung QN [fm3/h] des Geräts wesentlich von der Durchschnittsleistung QAT [fm3/h] pro Arbeitstag abweichen kann. Das Gleiche gilt auch bei Baugruben, wenn z.B. in einer ge-

13

Leistung im Baubetrieb wissen Tiefe der Aushub unterbrochen werden muss, um Anker- oder Aussteifungsarbeiten durchzuführen. Leistung bei zyklischen Arbeiten Q [fm3/h] Schutterleistungen

[-] Zyklus [h] Tagesarbeitszeit [T] Tage Zyklus I: Zyklus II:

Sichern und Sprengen Schuttern (Laden des Vortriebs)

Bild 1-2: Darstellung der Schutterleistung in Abschlagszyklen

Daher müssen die Leistungen einerseits nach Arbeitsabläufen und andererseits nach verschiedenen Zeitabschnitten wie folgt differenziert werden: • Die Wahl der Maschinen erfolgt aufgrund der erforderlichen Nutzleistung QN bzw. Grundleistung Qo. • Die Tagesleistung QAT ist eine Durchschnittsleistung, die meist dann deutlich von QN abweicht, wenn zyklische Arbeiten durchgeführt werden, oder bei Geräteumsetzungen zu anderen Arbeitsstätten mit zyklischem Charakter.

14

Leistung im Baubetrieb

1

• Die Einsatzleistung QET über die gesamte Einsatzzeit ist meist für kalkulatorische Zwecke erforderlich und beinhaltet neben der Nutzleistung QN bzw. Tagesleistung QAT die Reduktion durch die Vorbereitungszeit, Einarbeitungs- und Abschlussphase sowie betrieblich bedingte Unterbrechungen. Allgemeiner Leistungsverlauf während der Vorhaltezeit Q [fm3/h]

Bild 1-3: Leistungsverlauf QN QAT QET Tjransp TEin TB Ty T Rep Tscmuss TE Tv d

NutzVDauerleistung des Geräts A Leistung bezogen auf die Betriebszeit Tagesdurchschnittsleistung des Geräts A Leistung bezogen auf die Tagesarbeitszeit mittlere Einsatzleistung des Geräts 4 Leistung bezogen auf die Einsatzzeit Zeit für den Transport Einarbeitungszeit Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Zeit für betrieblich bedingte Unterbrechungen Zeit für Wartungen und Reparaturen Dauer der Schlussphase E i n satzze it de r G e räte Vorhaltezeit Vorgangsdauer - mögliche Betriebs- bzw. Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)

15

[fm3/h] [fm3/h] [fm3/h] [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h];

[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]

Leistung im Baubetrieb Die effektive Leistung, bezogen auf die Arbeitszeit Q A T [fm3/h] bzw. die Einsatzzeit QET [fm3/h], ergibt sich zu: Arbeitszeit:

[fm3/h]

Q A T = Q N x —— TAT

Einsatzzeit:

Q ET = Q A T x —— = Q N x —5'ET

QAT QET QN TB TAT TET

[fm3/h]

TET

Tagesdurchschnittsleistung des Geräts mittlere Einsatzleistung des Geräts NutzVDauerleistung des Geräts Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Arbeitsstunden pro Arbeitstag Einsatzstunden pro Arbeitstag

[fm3/h] [fm3/h] [fm3/h] [h/AT] [h/AT] [h/AT]

Die erforderliche durchschnittliche Leistung, bezogen auf die Einsatzzeit QET-erf. [fm3/h], ergibt sich zu:

V TAT d

Gesamtaushub (Arbeit) Arbeitsstunden pro Arbeitstag Vorgangsdauer-mögliche Betriebs- bzw. Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)

[fm3] [h/AT] [AT]

Anzahl der Losegeräte n [-] QET n

"

ert

M L J

QET T

rfm 3 /hl

TET QET TB TET

mittlere Einsatzleistung eines Geräts Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Einsatzstunden pro Arbeitstag

16

[fm3/h] [h/AT] [h/AT]

Leistung im Baubetrieb Die Leistung Q A T in der Arbeitszeit TAT entspricht weitgehend der Nutz-/Dauerleistung QN, wenn keine zusätzlichen Zeitaufwendungen notwendig werden, die über die in den Gerätezustandsfaktoren, z.B. für tägliche Routinewartung, sowie im Geräteausnutzungsfaktor für kleinere Umsetzungsarbeiten und Erholungspausen schon enthaltenen Zeitaufwendungen hinausgehen. Die Arbeitszeit T A T [h/AT] ergibt sich aus: [h/AT]

Die Arbeitszeit pro Tag TATsetzt sich zusammen aus: • der Betriebszeit des Geräts TB • den möglichen gewollten und ungewollten Unterbrechungen j

z.B. durch Umsetzen der Maschinen, Unterbruch in der Versorgung, kleine Wartungsarbeiten, zyklische Arbeiten Die Arbeitszeit T A T entspricht normalerweise der Regelarbeitszeit auf der Baustelle. Man kann davon ausgehen, dass die Nutzleistung über Stunden und Tage bei gleicher Arbeit aufrechterhalten werden kann. Muss jedoch das Gerät umgesetzt oder müssen z.B. in einer Baugrube zuerst die Anker gesetzt werden, bevor mit dem Aushub fortgefahren werden kann, dann entspricht die Nettoarbeitszeit des Geräts oder der Prozesskette nicht der Arbeitszeit, der Einsatzzeit und vor allem nicht der Vorhaltezeit. Unter der Einsatzzeit TET werden alle Zeiten zusammengefasst, an denen das Gerät in Betrieb ist. Dazu gehören: • • • • • •

Vorbereitungszeiten Einarbeitungszeit Betriebszeit Umsetzen auf der Baustelle Baubetrieblich bedingte Wartezeit Schlussphase

In dieser Zeit ist das Gerät ohne Unterbrechung durch Wartungen, Reparaturen oder Stillstandstage in Betrieb.

17

Leistung im Baubetrieb

1 l^ 1 TTI 1 1 i

Damit ergibt sich die Einsatzzeit TET zu: "1"ET

T Vor T E in

TB Ty TUm

=

"^"vor + "^Ein + T B + T j + T U m + T S c h | u s s

Vorbereitungszeiten Einarbeitungszeit Betriebszeit Zeit für betrieblich bedingte Unterbrechungen Umsetzzeiten auf der Baustelle Dauer der Schlussphase

[h] [AT] [h]; [hj; [hj; [hj; [hj; [hj;

[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]

Die Vorhaltezeit T V T umfasst die Einsatzzeit und d a s Einrichten sowie die Auf-, U m - und A b b a u der Geräte mit d e n d a z u g e h ö r i g e n Transportzeiten, die Stillliegezeit auf der Baustelle und die Zeiten für Wartung/Pflege u n d Reparatur. Damit ergibt sich die Vorhaltezeit T V T Z U :

Rep

Zeiten für A n - und Abtransport Zeiten für d e n Aufbau Reparaturzeiten W a r t u n g s - und Pflegezeiten Stillliegezeiten Umbauzeiten Abbauzeiten

[h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h];

[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]

Es ist d a h e r sehr wichtig, dass bei L e i s t u n g s a n g a b e n der B e z u g s z e i t r a h m e n g e n a u a n g e g e b e n wird.

18

2 Baustelleneinrichtungen Sozialeinrichtungen Wasserversorgung Stromversorgung Druckluftversorgung Separationsanlagen

t

Sozialeinrichtungen

rnr

2.1 Sozialeinrichtungen [15], [16] Die hier angegebenen Werte dienen nur zur Vordimensionierung der Sozialeinrichtungen. In jedem Land müssen die speziellen Vorschriften der Arbeitsstättenverordnung beachtet werden. Tabelle 2-1: Richtwerte der Sozialeinrichtungen Nr. Sozialräume 1 2 3

Tagesunterkünfte Schlaf-/Wohnunterkunft Kantine (mit Küche und Magazin)

4

WC

5

Waschraum

7

Duschen bei mehr als 10 Arbeitern und Baustellendauer > 2 Wochen Mindestraumhöhen

8

Fensterfläche

6

m2/ m3/ Andere Arbeiter Arbeiter 1 >6

>10

2.5 1/Baustelle bzw. 1/(15 Arbeiter) 1 Waschraumplatz/ Baustelle bzw. 1 Waschraumplatz/ (5 Arbeiter) 1 Dusche/ (20 Arbeiter) 2.3 m 1/10derGrundfläche

Zudem sind spezifische Anforderungen hinsichtlich Tischen, Stühlen, Schränken und anderer Einrichtungsgegenstände zu beachten.

20

Wasserversorgung

93

2.2 Wasserversorgung [17] Begriffsbestimmung und Berechnungsvorgang • Wasserbedarfsermittlung: Die Wasserbedarfsermittlung ist notwendig zur Dimensionierung der Versorgungsquelle, der Versorgungsleitungen und eventueller Zusatzeinrichtungen wie Pumpanlagen. Ermittlung anhand von Richtgrössen: a) Arbeitnehmer Trink- und Brauchwasserbedarf der Arbeitnehmer (AN) am Arbeitstag (AT) [I/AN und AT] Anzahl AN x Richtwert [m3/AN und AT]

=

[m3/AT]

=

[m3/AT]

Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3]

=

[m3/AT]

Zwischensumme 1

=

[m3/AT]

b) Aufbereitungsanlagen Beton- und [m3/m3]

Mörtelanmachwasserbedarf

Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3] c) Sonstige Anlagen Sonstiger Brauchwasserbedarf für Wasch-, Sieb- oder Trennanlagen für Zuschlagstoffe [m3/m3]

21

Wasserversorgung d) Zuschlag für Betonnachbehandlung usw. Pauschaler Zuschlag auf den ermittelten Wasserbedarf für weiteres Brauchwasser zur Nachbehandlung von Beton, zum Feuchthalten der Schalung, zur Reinigung von Geräten und Fahrzeugen [%] Zuschlag x Zwischensumme 1 [m3/AT] Zwischensumme 2

[m3/AT] [m3/AT]

e) Zuschlag für Verluste in prov. Leitungen Pauschaler Zuschlag auf den ermittelten Wasserbedarf für Verluste in provisorischen Leitungen [%] Zuschlag x Zwischensumme 2 [m3/AT] Gesamtwasserbedarf Qc

[m3/AT] [m3/AT]

Dimensionierung der Rohrleitung a) Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s] Wassermenge für allgemeinen Gebrauch Q^ax [l/s] Der maximale stündliche Wasserbedarf (Q1max) ergibt sich aus dem 1.5fachen des durchschnittlichen täglichen Gesamtbedarfs (s.o.)-

Q1

max

A

"TAT

X

M

[l/s]

3.6

Q1

maximaler stündlicher Wasserbedarf der Baustelle

[l/s]

Q0 TAT

durchschnittl. tägl. Gesamtwasserbedarf tägliche Arbeitszeit

[m3/AT] [h/AT]

22

Wasserversorgung Wassermenge für Betonmischer Q^a Für die Dimensionierung der Leitung zum Betonmischer muss gewährleistet sein, dass eine Wassermenge von einem Fünftel des Nenninhalts des Mischers innerhalb von z.B. 20 Sekunden gleichmässig zugegeben werden kann. [17]

Q2 Vmisch At

maximaler stündlicher Wasserbedarf zur Betonherstellung Nenninhalt des Mischers 20 Sekunden Zulauf für Betonmischer

[ I] [s]

Bei grossem Wasserbedarf für den Mischer empfiehlt sich die Anordnung eines Zwischenspeichers. Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s] Q = max{Q 1 max ;c4 x }

[l/s]

b) Durchmesser der Rohrleitung d [dm] Der Durchmesser der Rohrleitung d [dm] ergibt sich aus dem maximalen stündlichen Wasserbedarf Q [l/s]:

Q

Fördermenge bzw. max. Wasserbedarf

[l/s]

d v

lichter Durchmesser der Rohrleitung Wassergeschwindigkeit in der Rohrleitung, meist 5 bis 8 dm/s

[dm] [dm/s]

23

Wasserversorgung Richtgrössen für den Wasserbedarf Tabelle 2-2: Wasserbedarf [17]

Trinkwasser und Waschen

20

- 30

I/(AN und AT)

40

Duschen

I/(AN und AT)

Trinkwasser, Waschen und Duschen

40

- 70

I/(AN und AT)

Trink- und Brauchwasserbedarf bei Tagesunterkünften

20

- 30

I/(AN und AT)

Trink- und Brauchwasserbedarf bei Wohn- und Schlafunterkünften

50

- 100

I/(AN und AT)

Betonanmachwasser

0.1 -

0.2 m3/m 3Beton

Mörtelanmachwasser

0.2-

0.25 m3/m 3Mörtel

Brauchwasser für Kiesaufbereitung

1.0-

3 3.0 m /m 3Kies

Zuschlag für weiteres Brauchwasser

20

- 25

%

Wasserverluste bei provisorischen Leitungen

10

- 20

%

24

Wasserversorgung Beispiel zur Ermittlung des Gesamtwasserbedarfs einer Bürogebäude-Baustelle • Ausgangsdaten max. Anzahl Arbeitnehmer (AN) Betonarbeit davon in Wohnunterkünften in Tagesunterkünften max. Betonierleistung

15 5 10 180 0 .15 25 15

Betonanmachwasser Zuschlag weiteres Brauchwasser Zuschlag für Verluste

AN AN AN m

Beton/A1

m3/m

Beton

% %

• Wasserbedarf der AN 10 AN x 0.05 m3/(AT und AN) 5 AN x 0.03 m3/(AT und AN)

3 0 .5 m /AT 3 0 .15 m /AT

Der maximale Bedarf ergibt sich meist, wenn im letzten Geschoss noch die Rohbauarbeiten laufen und in den Untergeschossen schon der Ausbau beginnt (hier 20 AN für den Ausbau). 20 AN x 0.03 m3/AT und AN

=

6.0

m3/AT

• Wasserbedarf Betonherstellung 180 m^eton /AT x 0.15 m3/m^eton

=

27.00 m3/AT

Zwischensumme 1

=

33.65 m3/AT

Nachbehandeln des Betons und Gerätereinigung 25 % von 33.65

=

8.41 m3/AT

Zwischensumme 2

=

42.06 m3/AT

=

6.31 m3/AT

=

48.37 m3/AT

Sonstiges

Leitungsverluste

15 % von 42.06

Gesamtwasserbedarf

25

Wasserversorgung Beispiel zur Dimensionierung der Rohrleitung • Ausgangsdaten Wasserbedarf Fliessgeschwindigkeit Anzahl Arbeitsstunden pro Arbeitstag Faktor für stündlichen Spitzenbedarf Zwangsmischergrösse Wasserzugabezeit in den Mischer

= 48.37 = 0.8 = 9 = 1.5 = 1250 = 20

m3/AT m/s h/AT

8 dm/s

I s

• Max. Wasserbedarf pro Stunde aus Gesamtwasserbedarf Qi

_ 48,37

15

_

Qmax

"

3.6

"

9

aus Betonmischergrösse 2

_ 0-2x1250 «

_

Qmax

Es empfiehlt sich die Anordnung eines Zwischenspeichers, da ansonsten die Leitungsdimensionierung zu einem unwirtschaftlichen Durchmesser führt. Für die Dimensionierung ist dann Q ^ massgebend.

Durchmesser Gesamtzuleitung ? ?4 J4x8x/z-

=

26

0.60 dm

= 60 mm

2.3 Stromversorgung [17], [18], [19] Begriffsbestimmung und Berechnungsvorgang • Leistungsbedarf Der Bedarf der elektrotechnischen Einrichtungselemente der Baustelle zur Bestimmung der elektrischen Energie wird nach Einphasen- und Dreiphasenverbrauchern getrennt zusammengestellt. Die Richtwerte für die Anschlusswerte der Verbraucher können den Handbüchern der Gerätehersteller sowie [4] bzw. den nachfolgenden Seiten entnommen werden. a) Leistungswerte der Verbraucher Zusammenstellung der Leistungswerte der einzelnen Verbraucher getrennt nach: • Einphasenwechselstrom (230 V) Die Angabe der wirksamen Leistung in [kW] von Verbrauchern wie z.B. Beleuchtung, Wasserkocher entspricht dem Anschlusswert. Stück

Verbraucher

2

Kranleuchten

Wirkleistun g[kW] einzeln Gesamt 40 80

Dreiphasenwechselstrom (400 V) Angabe der mechanischen wirksamen Leistung an der Antriebswelle von motorgetriebenen Verbrauchern in [kW]; dies kann dem Typenschild oder der BGL [4] entnommen werden. Diese Werte sind nicht dem Anschlusswert gleichzusetzen. Stück

Verbraucher

2

Turmdrehkran

27

Motorleistur lg [kW] einzeln gesamt 40 80

Stromversorgung b) Leistungsaufnahme der Verbraucher Die Leistungsaufnahme der Verbraucher bestimmt sich aus der dem Verbraucher zuzuführenden Leistung Pzu in [kW] unter Berücksichtigung der Ernergieausnutzung (Wirkungsgrad) des Verbrauchers. Die Leistung Pzu wird aus dem Wirkungsgrad r| ermittelt:

H r\ Pab Pzu

Wirkungsgrad vom Verbraucher abgegebene Leistung dem Verbraucher zugeführte Leistung

[-] [kW] [kW]

Für einzelne Motoren entspricht Pab der Motorleistung in [kW],*der Wirkungsgrad kann mit 0.6 - 0.9 angenommen werden. Werden verschiedene Verbraucher zusammengefasst, d.h. ist Pab die Summe aller erfassten Gerätewerte in [kW], so kann der Wirkungsgrad mit 0.8 - 0.85 angenommen werden. Danach bestimmt sich die dem Verbraucher zuzuführende Leistung Pzu [kW] zu P2U = ^ *1

[kW]

c) Leistungsbereitstellung des Netzes Die Leistungsbereitstellung des Netzes bestimmt sich aus der gemessenen Spannung und Stromstärke im Netz unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung von Spannung und Stromstärke in Wechselstromkreisen mit induktivem Widerstand (Motor). Die sich daraus ergebende Scheinleistung P s setzt sich zusammen aus einer Wirkleistung Pw [kW] Pw = U x l w =Uxlxcoscp Pw U 1 Iw coscp

[kW]

Wirkleistung Spannung Scheinstrom Wirkstrom Leistungsfaktor für den Wirkstrom 28

[kW] [V] [A] [A] [-]

Stromversorgung und einer senkrecht dazu stehenden Blindleistung PB [kVA] PB=UxlB=Uxlxsin(p PB

U 1 IB

sinm

[kVA]

Blindleistung Spannung Scheinstrom Blindstrom Leistungsfaktor für den Blindstrom

[kVA] [V] [A] [A] [-]

Das Verhältnis von tatsächlich aus dem Netz entnommener Leistung in [kW] zu im Netz gemessener Leistung in [kVA] ist der Leistungsfaktor coscp [-]. [-] Ps Pw cosekannt Dreiphasen-

V3xl L xl

V3xl, xl

wechselstrom

XxA

%xAU

Leistung P\N bekannt 'L X P W

AU

XxAxU

u

Spannung Spannungsabfall Stromstärke Wirkleistung bzw. Anschlusswert PAW Leitungslänge II A Leitungsquerschnitt Leitfähigkeit X cos cp Leistungsfaktor AU 1 Pw

32

A

'L X PW

XxAUxU [V] [V] [A] [W] [m] [mm2] [m/Qr

Die Stromstärke I [A] ergibt sich • für Einphasenwechselstrom aus: 1 = Pw U x coscp für Dreiphasenwechselstrom aus:

V3xUxcoscp

b) Nach der zulässigen thermischen Belastung Durch die Verlustleistung wird im Kabel Wärme erzeugt, die über die Oberfläche abgeleitet werden muss. Die Temperatur ist vom Isolierstoff abhängig. Sie begrenzt die maximal zulässige Stromstärke. Für kurze Leitungen ist fast immer die thermische Belastbarkeit massgebend. Wurde der erforderliche Leitungsquerschnitt Aerf bestimmt, kann die vorhandene Stromstärke lvorh ermittelt werden. Im Anschluss muss dieser Wert mit der zulässigen thermischen Dauerbelastbarkeit IZU| der Leitung überprüft werden. Die zulässige Dauerbelastungen in [A] und die Leitungsschutzsicherungen sind in Tabelle 23 aufgeführt.

33

Tabelle 2-4: Zulässige Dauerbelastung und Zuordnung von ÜberstromSchutzorganen für isolierte Leitungen [20] Grup pe1

Nennquerschnitt

Ku Dfer

Grup pe3

Gruf>pe2

Frei in Luft verlegte ein adrige Leitu ngen, wobei Rohr drähte, Feu ;htraumleitu ngen, dieLe tungen mit äMSChenra mvon Stegleitun en, frei in Luft verlegte Tiehradrige mindeslens Leitungsdurchmesser erfegt sind, Leitungen und mehr idrige Leiturigen zum Ar schluss ortveränderlicf ler und ein adrige Leitu lgen zum Aiischluss Stromve toraucher ortsveränderficher Stromverbr aucher (ei lschliessl. Leitungstross en)

Bi 3 zu 3 Leiturgen in Roh en

Ku Dfer

Alum nium

miTi

Belastbarkeit inA

Höchstzulässiger Nemstrom der Stromsicherung inA

Belastbarteit inA

Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung in A

0.75

—

—

—

—

1

12

10

—

—

1.5

16

15

—

—

2.5

21

20

16

4

27

25

6

35

10

Alum nium

Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung inA

Belastbarkeit inA

Höchstzulässiger Nennstrom der Stramsicherung in A

13

10

—

—

16

15

—

—

20

20

—

—

15

27

25

21

21

20

36

35

35

27

25

47

48

50

38

35

16

65

60

51

25

88

80

69

35

110

100

50

140

125

70

—

—

—

Alurr nium

Kupfer Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung inA

Belastbarkeit inA

Höchstzulässiger Nennstrom der Stronv sicherung inA

16

15

—

—

20

20

—

—

25

25

—

—

20

34

35

27

25

29

25

45

50

35

35

50

37

35

57

60

45

50

65

60

51

50

78

80

61

60

50

87

80

68

60

104

100

82

80

60

115

100

90

80

137

125

107

100

86

80

143

125

112

100

168

160

132

125

110

100

178

160

140

125

210

200

165

160

—

220

225

173

160

260

260

205

200

Belastbarkeit inA

Belastbarkeit inA

95

—

—

—

—

265

260

210

200

310

300

245

225

120

—

—

—

—

310

300

245

225

365

350

285

260

150

—

—

—

—

355

350

280

260

415

430

330

300

185

—

—

—

—

405

350

320

300

475

430

375

350

240

—

—

—

—

480

430

380

350

560

500

440

430

300

—

—

—

—

555

—

435

—

645

—-

510

—

400

—

—

—

—

—

—

—

—

770

—

605

—

500

—

—

—

—

—

—

—

880

—

690

—

34

Stromversorgung Dreiphasenverbraucher-Richtgrössen für die Motorenleistung von elektrisch betriebenen Baumaschinen Tabelle 2-5: Motorleistung von Baumaschinen [4] Baumaschine

Kenngrösse

Motorleistung

Turmkran fahrbar stationär

Nennlastmoment 7 - 450 tm 32-1250tm

15.0-330.0 kW 20.0-145.0 kW

Aufzug Schnellbauaufzug Aufzug mit Fahrkorb

Traglast 0.2-1.0t 0.5-3.2 t

Betonmischmaschine Trommelmischer

Mischgefässinhalt 1 0 0 - 250 I 250-1500 1 1 5 0 - 240 I 750 - 4500 I

0.2 0.9 kW 2 . 0 - 15.0 kW 3.0 8.0 kW 19.0-110.0 kW

Betonmischanlage Trommelmischer Trog- / Tellermischer

Mischgefässinhalt 500 - 2000 I 375-1500 1

10.020.0-

Kompressor Kleinkompressor Kolbenkompressor Schraubenkompressor

Volumenstrom 0.04 - 1.65 m3/min 2.0 - 9.0 m3/min 3.0 -19.0m 3 /min

0 . 4 - 15.0 kW 1 5 . 0 - 65.0 kW 20.0-130.0 kW

Kreissäge Tischkreissäge Handkreissäge

Sägeblattdurchmesser 350 - 550 mm 170-550 mm

2.0 - 9.0 kW 0.6 - 4.0 kW

Förderband 400 mm Gurtbreite 600 mm Gurtbreite

Achsabstand 4.0-15.0 m 8.0-20.0 m

1.0 - 2.0 kW 2.0 - 6.0 kW

Trog- / Tellermischer

Rüttler Aussenrüttler Innenrüttler

Fliehkraft 1.0-25.0 kN Flaschendurchmesser 17.0-60.0 mm 35

2.08.0-

10.0 kW 30.0 kW

40.0 kW 50.0 kW

0.1 - 3 . 0 kW 0.6 - 3.0 kW

Stromversorgung Zwei- und Dreiphasenverbraucher-Richtgrössen für die Anschlusswerte von Elektrogeräten und Beleuchtung Tabelle 2-6: Anschlusswerte diverser Elektrogeräte [17] Elektrogerät Elektroherd Kaffeemaschine Wasserkocher Duschspeicher 30 I Boiler80 I Durchlauferhitzer Waschmaschine Wäschetrockner Händetrockner Kühlschrank Geschirrspüler Heizlüfter

Wechselstrom

Drehstrom

Anschlusswert

X

8 . 0 - 14.0 kW 1.0 kW 1.0 kW 6.0 kW 6.0 kW 10.0-30.0 kW 3.0 kW 3.0 kW 2.0 kW 0.2 kW 3.5 kW 2.0 kW

X X X X X X X X X X X

Tabelle 2-7: Anschlusswerte verschiedener Beleuchtungskörper [17] Beleuchtung

Anschlusswert

Glühlampe Flutlichtlampen Tiefstrahler Kranleuchten

0.025-0.1 kW 0.2 kW 1.0 kW 1.0 kW

36

Stromversorgung Beispiel zur Ermittlung des Anschlusswerts einer Baustelle Zusammenstellung der eingesetzten Baumaschinen Tabelle 2-8: Moto rleistung diverser Baumasc hinen nach [4] Stück Baumaschine Motorleistu ng [kWl Gesamt Einzeln 1 2 1 1 1 2 1 2

Turmkran Kompressor Trommelmischer Förderband Tischkreissäge Handkreissäge Aussenrüttler Innenrüttler Gesamt

20.0 40.0 15.0 15.0 4.0 1.7 0.5 1.2

20.0 80.0 15.0 15.0 4.0 3.4 0.5 2.4 140.3 kW

=

Zusammenstellung der eingesetzten Elektrogeräte Tabelle 2-9: Anschlusswerte diverser Elektrogeräte nach [4] Stück 2 1 1 2

I

Elektrogerät

Anschlussw rert [kW] Einzeln Gesamt

Kaffeemaschine Wasserkocher Kühlschrank Heizlüfter Gesamt

1.0 2.0 0.2 2.0 =

37

2.0 2.0 0.2 4.0 8.2 kW

Stromversorgung Zusammenstellung der eingesetzten Beleuchtung Tabelle2-10: Ber«jchnungsbeispiel der eingesetzten Beleuc fitungen [4] Anschlus swert [kW] Stück Beleuchtung Einzeln Gesamt 1.0 1.0 1.0

4 Flutlichtlampe 4 Tiefstrahler 1 Kranleuchte 100 m'-Un terkünfte; 2 1 GlühIam|:De je 5 m

0.06

Gesamt

=

4.0 4.0 1.0 100/5x0.06 = 1.2 10.2 kW

Weitere Ausgangsdaten

= 0.85 = 0.6 =xp = 53.1 = 0.6

Motorwirkungsgrad r\ Leistungsfaktor cos

101

[-] [fm3] [fm3/h]

LKW, SKW, Dumper Die Prozesskettenleistung von Ladegerät-LKW-Planierraupen-Betrieb: QNProz =

'CWroz IQlMProz - Q|_GNeff 'r = 0;ae NAa = rii ^ r ^ n j 116

Gleisförderung 8. Fahrzeitberechnung [14] Gesamtfahrzeit T [min] Lx60 v ' ""a ' ""b T L v Ata Atb

Gesamtfahrzeit Länge der Transportstrecke mittlere Streckengeschwindigkeit Anfahrzeitzuschlag Bremszeitzuschlag

[min] [km] [km/h] [min] [min]

mit P XTlr-

Geschwindigkeit v = — - — ^ - x 3 . 6

[km/h]

v PM GRL

[km/h] [kW] [kN]

|o.

Fahrgeschwindigkeit Motorleistung Reibungsgewichtskraft der Lok (alle Räder = Antriebsräder) Kraftschlussbeiwert Rad-Schiene

Anfihr^rit^ii'Thlin \\ a—

Ata v aa

3.6x60xa a

Anfahrzeitzuschlag Geschwindigkeit, auf die der Zug beschleunigt wird Anfahrbeschleunigung

Anfahrbeschleunigung a a «

7

Anlneb

. \A/

^ m ZAntrieb Anfahrzugkraft/Antriebskraft der Lok Wm Gesamtfahrwiderstand m Masse des Zugs

117

[-]

fminl [min] [km/h] [m/s2]

[m/s ] [kN] [kN] [t]

Gleisförderung b

At b Ib

v

ab

v

3,6x60xa b

Bremszeitzuschlag Bremsstrecke Geschwindigkeit, bei der der Zug abgebremst wird Bremsverzögerung

[min] [m] [km/h] [m/s2]

9. Gleis Dimensionierung der Schienen Zur baubetrieblichen Vordimensionierung der Schienen, bei gewähltem Schwellenabstand, können aufgrund des für die Schienen zugelassenen Achsendrucks und der Spurweite die Schienenprofile gewählt werden. Tabelle 4-7: Daten verschiedener Profile [14], [32] Prnfi

Qni

DIN 5901

[kg/m]

S 10 S 14 S 20 S 33 S41 R10 S 49

10.0 14.0 19.8 33.47 41.38 49.43

Zuläs siger Acf lsdruck i i[kN] beiSSchwellerlabstanci [cm] 60 70 80 100

ir

[nr m]

42.18 36.30 600 31.39 25.51 600- - 750 63.77 54.94 48.07 38.26 750- - 900 115.76 99.08 86.33 69.65 — 900- -1435 228.57 200.12 159.90 — 900- -1435 286.45 247.21 201.11 900- -1435 351.20 308.03 245.25

118

Bandförderung 4.3

Bandförderung

Nutzleistung Q N [Im 3 /h] QN - A F K v x a e O O x f ß X f ^ x f ^ x ^

[Im 3 /h]

mit

Qo = A F x v x 3 6 0 0

[Im 3 /h]

f2

[-]

= fßxf

•c

O

S

00 00

o

O

77 20 34

o o

17 28

8

CJ

14

o o

.C

io

p

153

Flüssigkeitsförderung Aufgrund der kritischen Geschwindigkeit für den Feststofftransport ist eine Förderleistung von 1466 m3/h (vkri, = 3.24 m/s) einzuhalten. Bedingt durch die gewählte Pumpe beträgt die maximale Förderleistung 2410 m3/h. Durch eine stufenlose Drehzahlregelung (600 min"1 < n < 700 min'1) können die entsprechenden Förderleistungen eingestellt werden. - Erforderliche Grundleistung der Kreiselpumpe:

Tatsächliche Leistungsaufnahme der Pumpe: Der Wirkungsgrad r\P entstammt dem Pumpkennlinien-Diagramm (Bild 4-19). Für die Wirkungsgrade der Kupplung und des Motors werden r|K = 0.99 und ri M = 0.90 angenommen. P = ijärL = I

&rf

[kW]

Ip '

Lösung - Fall 2: 0 Vol.-% < |^FS 1.045 t/m 3 < pFF < 1.4 t/m 3 Ziel der Berechnung ist die Ermittlung von Rohrkennlinien des Systems für verschiedene Flüssigkeits-Feststoff-Volumenkonzentrationen. Hierzu werden für einige Fördermengen entsprechende manometrische Förderhöhen ermittelt. Diese Werte ergeben die in Bild 4-19 gezeigten Rohrkennlinien. In Tabelle 4-22 sind die entsprechenden Werte für verschiedene Fördermengen zusammengefasst. Auch werden die Bedingungen für den Feststofftransport überprüft (Tabelle 4-23). - Maximaler Feststoffgehalt in der Flüssigkeit aus der Bedingung pFF < 1.4 t/m3:

pFS-pF

x100

2.7-1.045

x100 =

154

Flüssigkeitsförderung Fliessgeschwindigkeit, siehe Fall 1 Kritische Fliessgeschwindigkeit für Feststofftransport vkrit: Bei maximalem Feststoffgehalt in der Flüssigkeit (i FS = 21 Vol.-% mit: d m = 3 mm => Frkrit =1 (Bild 4-14) vkrit-Frkritxj2xgxdxpFS

pF

PF

= 1 . 0 x J 2 x 9 . 8 1 x 0 . 4 x 2 ' 7 1 " 0 4 5 = 3 . 5 3 m/s V 1 -045 Bedingung für den Transport von Feststoffen: v > vkrit Kritische Förderleistung für Transport von Feststoffen, siehe Fall 1: Widerstandsbeiwert X, siehe Fall 1 Verluste der Saugleitung, siehe Fall 1 Verluste der Druckleitung, siehe Fall 1 Erforderliche Saughöhe: PFF =

1 -045 t/m 3 bzw. pFF = 1 -4 t/m3

Dichte Wasser: p w = 1.0 t/m3 h

= h + h + ^ —

[m]

X—

hier: hs,geod = 0 m - Zulässige Saughöhe, siehe Fall 1 - Erforderliche Förderhöhe H ^ der Pumpe: V

'"'man

=

^geod + ihs.Verl

+

"Vverl j + p

D

155

7

Flüssigkeitsförderung p FF = 1.045 t/m 3 bzw. p FF = 1.4 t/m 3

Hl=Hmanx^

[m]

Pw Erforderliche Grundleistung der Kreiselpumpe, siehe Fall 1 Tatsächliche Leistungsaufnahme der Pumpe, siehe Fall 1 Berechnung der kritischen Fördermengen für verschiedene Flüssigkeits-Feststoff-Volumenkonzentrationen: Feststoffgehalt in der Flüssigkeit mit pFF = 1.045 t/m3 bis pFF = 1 -4 t/m3, pFS = 2.7 t/m 3 und d m = 3 mm: =

pFF

~pFx100

=^ Frkrit (Bild 4-14) =>

PFS-PF

vkri, = Frkrit x 2 x g x d x pFS p F V PF

[m/s]

Die kritische Fördermenge lässt sich berechnen aus: /

.N2

Q F F = v krit x A = v krit x 3600x7i x ( - 1

[m 3 /h]

Weiterhin lassen sich die manometrischen Förderhöhen, analog dem Vorgehen für Fall 1, bestimmen: HL^H^xM Pw

[m]

Die Ergebnisse für die Bestimmung der kritischen Fördermenge für verschiedene Flüssigkeits-Feststoff-Gemische sind in Tabelle 4-23 aufgeführt und in Bild 4-19 eingetragen.

156

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ii

o

•

•

3.09

3.54

3.98

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1600

1800

2200

2400

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14.46 0.329 16.26| 2.1'

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17.28 0.398

11.88 0.266 13.36| 03 03

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30

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S

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339.5

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285.2

41 71

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0.1'

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44 88

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0.21

192.4

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1.16x

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36

o

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0.10

21.3 98.9

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0.161 8.36 |

0.77

469.0

02

65 09

03

22x

7.44

28

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0.76

406.7

64 06

0.72

0.71

0.68

0.62

0.40

0.76

350.6

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3.99 0.082

15

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0.00 | 0.0t

0.75

391

449 517

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348 470

536 623

55 61 63

64

277

683

o

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1.12 0.021

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214.0 254.8

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185 253

179

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36

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leicht

sehr hoch

normal

hoch

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1500-2500

schwer

mittel

2-3

mittel

1000-1500

sehr schwer

gering

1 -2

hoch

500-1000

extrem schwer

sehr gerinq

L

Po . . f o ( S P 2' d'

n0

[.2 °

Qo

J

[m3/s]

Qi = (DXQO d2xn 4

A

A

L

Fm2l

L'" J

C

0

[m/s]

_< /

[m/s]

Statis cher Dru•

Bild 5-15: Dimensionierung des Ventilators

Elektrische Anschlussleistung des Ventilators N [kW]

^lvent TiMotor

Ventilatorwirkungsgrad Motorenwirkungsgrad

192

Lüftung Berechnungsdiagramm [57] für Lutten der Güteklasse S: f°(S) = 5 x 10"6 mm2/m2 = 5 m m V

X = 0.015

-

K T T ) PI ° I UI

Unterdruck

p- p, O, u,

i

1

jd

I—"-P.Q.",

Überdruck

R

=

Qi

co

--

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X i

j....

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Qo

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400 500 6

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i

7 8 91000

•

'.-'••

•* •• i \

"t "t Lx i

1500 2000

3000 4000 5 3200

6

Bild 5-16: Berechnungsdiagramm [57] für Lutten der Güteklasse S

193

3

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7 8 910'000

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Lüftung Berechnungsdiagramm [57] für Lutten der Güteklasse A: f°(A) = 10 x 10"6 mm2/m2 = 10 mm2/m2

X = 0.018

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T \ Du •

PM

ApL

CGK

SDÜ

Manometrischer Druck Druckverlust durch Rohrreibung in der Zuleitung Verlustbeiwert für den Austritt aus dem Behälter in die Saugleitung Verlustbeiwert für den Eintritt in die Pumpe Verlustbeiwert für den Austritt aus der Pumpe Beiwerte für lokale Verluste in der Zuleitung (z.B. durch Krümmer, Kreisbögen) Verlustbeiwert für den Übergang von Zuleitung zum Gestänge (z.B. Querschnittsverengung etc.) Verlustbeiwert für die Strahlumlenkung (90°) am Fusspunkt des Gestänges in die Düse Verlustbeiwert für die Querschnittsveränderung an der Düse

[kN/m2] [kN/m2]

[-] [-] [-] [-] [-] [-]

Anmerkung: Zur Berücksichtigung von Viskosität und PFF der Suspension siehe Flüssigkeitsförderung von Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen in Kapitel 4.

202

1t

Jetgrouting Kolbenpumpendimensionierung Siehe „Flüssigkeitsförderung" in Kapitel 4.

Folgende Pumpendrücke sind für die verschiedenen Injektionsverfahren notwendig [2]: Niederdruckverfahren Mitteldruckverfahren Hochdruckverfahren Höchstdruckverfahren

chemische Verfestigungen Soilfracturing-Verfahren HDI-Verfahren Gesteinszertrümmerung

bis ca. bis ca. bis ca. bis ca.

4 100 600 4000

bar bar bar bar

Die Hochdruckinjektion muss auf folgende Bodenparameter eingestellt werden: • • • •

Druckfestigkeit, E-Modul Kohäsion, Scherfestigkeit Kornverteilung, Kornaufbau Permeabilität, Wassersättigungsgrad

Daraus werden die folgenden Düsenstrahlparameter ermittelt [2]: • • • • • •

Schneidleistung, Durchflussmenge, Ziehgeschwindigkeit Strahlgeschwindigkeit, Druck, Düsenform und -durchmesser Reichweite Injektionsmedium Einwirkzeit Rückflussmenge des gelösten Bodens sowie Bohrkopf- und Bohrgestängedurchmesser

Die Anwendungsgrenzen des HDI-Verfahrens werden von der maximalen vorhandenen Energie bestimmt. Die Hochdruckinjektionen werden mit Pumpendrücken von 300 - 600 bar durchgeführt. Die Düsen haben meist einen Durchmesser von 1.5 - 4.0 mm. Die Strahlgeschwindigkeiten liegen zwischen 150 und 300 m/s. Bei den vorgenannten Anwendungsparametern ist bei Verwendung von Zementsuspensionen ein Energiebedarf von ca. 250 kW notwendig. Der Einwirkbereich des Düsenstrahls hängt ab von: • der Strahlaustrittsgeschwindigkeit • der Festigkeit des zu erodierenden Bodens • dem Entspannungsdruck des abfliessenden Rückflussmaterials

203

r

Jetgrouting

Eine Verbesserung des Wirkungsradius wird durch Zugabe von Luftdruck ( 3 - 6 bar) erzielt; dadurch wird das erodierende Bodenmaterial aufgeschäumt und die Penetrationstiefe des Suspensionsstrahls erhöht. Die Suspensionsmischung hat oft folgende Charakteristik [58]: • • • • •

Wasser-Zementfaktor W/Z = 0 . 4 - 1 . 0 Zement und Füller 600 - 1000 I Rohdichte der Injektionssuspension p = 1.5 - 1.7 t/m 3 Rohdichte der fertigen Injektionsbodensäule psoiiorete = 1.6 - 2.1 t/m3 Druckfestigkeit der fertigen Injektionsbodensäule fsoilcrete = 2 - 1 5 N / m m 2

Der Durchmesser einer Säule kann empirisch wie folgt bestimmt werden: Das Volumen des ausgespülten Bodens entspricht der Durchflussmenge der Rückspülflüssigkeit QRückiauf [m3/s] _

(PRÜcklauf ~ P s )

Y(Q

)

u > i >

Boden

vv

m

[t]

Boden

[t]

/

Effektive Beschleunigung der Rammmassen: n

d

2

max

2

U) x r

i-1

IU x

m

/ 21 ms

dyn

für rj = r = const. gilt n

m

FVz Fj, v rrii H co

[m/s2] dyn

Summe der vertikalen Anteile der Fliehkräfte [kN] vertikaler Anteil der Fliehkraft einer rotierenden [kN] Unwucht i Masse der Unwucht i [t] Abstand des Massenschwerpunktes der Unwucht i [m] vom Auflager Kreisfrequenz der Vibrationsramme [s"1]

219

Rammen (p Mstat FHz FiH Fv,tot G mBär g m dyn rriRammgut m BO den cp' c' y w r amax i n

Winkel der Unwuchtstellung statisches Moment der Vibrationsramme Summe der horizontalen Anteile der Fliehkräfte horizontaler Anteil der Fliehkraft einer rotierenden Unwucht i Summe aller vertikal wirkenden Kräfte Eigengewicht der Vibrationsramme Masse der Vibrationsramme Erdbeschleunigung dynamische Masse des Rammsystems Masse des Rammgutes Masse des mitschwingenden Bodens Reibungswinkel des Bodens Kohäsion des Bodens Spezifisches Gewicht des Bodens Wassergehalt des Bodens Unwuchtradius des dynamischen Systems effektive Beschleunigung Bezeichnung der Unwucht Anzahl der Unwuchtmassen

n = {n|n = 2xm;meN}

220

[°] [tm] [kN] [kN] [kN] [kN] [t] [m/s 2 ] [t] [t] [t] [°] [kN/m 2 ] [kN/m 3 ] [%] [m] [m/s 2 ] [-] [-]

Rammen Selektion der Vibrationsramme Erforderliche Fliehkraft FVz,erf [kN] der Vibrationsramme aus Bild 6-6:

{

I

m

1

'max''''Rammgut

I

., . ..

(qsyn x A s + x M x A M ) = > Rammbarkeit = I-HIVJ Erforderliche Mindesteigenfrequenz ajerf der Vibrationsramme aus Tabelle 6-6: coerf = f(Bodenart) Bestimmung der Vibrationsramme - Iterationsablauf i=1 bis k Iterationsschritt i: Gerätewahl i mit: Mstat,i und o> xxierf Ermittlung der vorhandenen maximalen Unwuchtkräfte mit

sin

«erfj

F v z ; < F v z erf A 00, > coerf;i oder Fvz,i < Fvz,erf A cii < co ert ;

oder

FVZi > FVZerf A cOj < coerf; dann nächste Iteration i=i+1 Letzte Iteration i=k falls:

FVZ]k > FVZi6rf A coj > coerfj

221

"VZ.erf

I

k Mstat.i

Erforderliche Fliehkraft der Vibrationsramme, um das Rammgut in die spezifischen Böden einzubringen (s. Bild 6-5) Eigenfrequenzbereiche der Böden bzw. erforderlicher Kreisfrequenzbereich der Vibrationsramme (s. Tabelle 6-6) Iterationsschritt Letzter Iterationsschritt Statisches Moment der Vibrationsramme i Maximale Eigenfrequenz der Vibrationsramme i (Eigenfrequenzbereich)

[kN] [min"1] [-] [-] [tm] [mirf1]

Für einen optimalen Rammvorgang sollte die Frequenz der Vibrationsramme im Bereich nahe der Eigenfrequenz des Bodens gewählt werden.

222

Rammen Fliehkraft VZ.erf [kN] OOOOO

ooooo 1 O O

5-

-1.0

10-

-2.0

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-9.0

\ -10.0 -11.0

\ -12.0

Legende: Rammbarkeit

Sand- und Kieslagerung

bindige und schluffige Böden

I

leicht

locker

weich

II

mittelschwer

mittel

plastisch

III

schwer

dicht

hart

IV

sehr schwer

sehr dicht

sehr hart

Kurve

Bild 6-6: Diagramm zur Bestimmung der erforderlichen Fliehkraft Fvz.ert [61]

223

Rammen Tabelle 6-4: Eigenfrequtänzen ausgesuchter Bodenartesn nach [59 f c0 Bodenart [Hz] [mi n"1] Moorboden

10-13

3800-

4900

Mittelsand

15-18

5650-

6800

Lehmiger Boden

21 -23

7900-

8700

Lehm feucht

19-20

7150-

7550

Lehm trocken

20-22

7550-

8300

Sand fest

26-28

9 8 0 0 - 10550

Schluffsand

19-20

7200-

7550

Löss trocken

23-24

8700-

9050

Funktionsweise von Vibrationsrammen: Herkömmliche und Vibrationsrammen mit variabler, computergesteuerter Fliehkraft. „Vlmn/8]

Bild 6-7: Herkömmliche Vibrationsrammen

J [mm/s]

t

r

tb

o • ^

TG

taus *•

Bild 6-8: Vibrationsrammen mit variabler Fliehkraft 224

Rammen

II» F=0%

_. - ^ _ l _ ^ . .

F v =50%

Bild 6-9: Variable Fliehkraft - Prinzip der Unwuchtstellung Legende zu Bild 6-7, Bild 6-8 und Bild 6-9: tan - Anlaufphase taus - Auslaufphase

tb - Betriebsphase; TG - Gesamtbetriebszeit

225

7 Hochbau Krane Betonanlagen Stahlbetonarbeiten

Krane 7.1 Krane Theoretische Leistung QT [t/h] und Nutzleistung QN [t/h] von Kranen Q

_( m max

1

-m o )x36OO

QN=QTxh 1

2

3

rt/hi [i/rij [t/h]

"HG

M