Spidsbæreevne af indfatningsvægge - baseret på litteratursøgning

Spidsbæreevne af indfatningsvægge - baseret på litteratursøgning Søren Gundorph Geo Kompagniet 11-02-2010 Geo Kompagniet 1

Indhold 1. Hvad siger EC7-1:2007 om lodret bæreevne af støttevægge (spunsvægge, H-profiler, sekantpælevægge) 2. Afgrænsning af emnet 3. Propdannelse plugging 4. Sammenstilling af resultater af søgning i DK og udenlandsk litteratur 5. Visse sammenhænge 2 forsigtige eksempler 6. Konklusion og forslag til videre arbejde 11-02-2010 Geo Kompagniet 2

Litteratur Dansk lærebøger: - Geoteknik. J. Brinch Hansen & Hessner (1959) - Geoteknik og fundering. Del 1. Bent Hansen (1978) - Lærebog i geoteknik. Del 2. Haaremoes, Krebs & Moust Jacobsen (1984) - Lærebog i geoteknik. Krebs, Fuglsang, Bagge m.fl. (2007) Engelsk: - Piling Handbook, Arcelor (1997 og 2008) - Pile Design & Constr. Practice. Tomlinson & Woodward (2008) - Foundation Analysis and Design J. E. Bowles (1997) Tysk: - EAB 2008. German Geotechnical Society (2008) - Geotechnical Engineering Handbook, Vol. 3. Smoltczyk (2003) - Baugruben Teil III, Berechnungsverfahren. Weissenbach (2001) - EAU 2004. German Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering (2006) 11-02-2010 Geo Kompagniet 3

Hvad siger EC7-1? DS/EN 1997-1, afsnit 9.7.5 Lodret brud af støttevægge (uddrag) (1)P Det skal eftervises, at der kan opnås lodret ligevægt med de regningsmæssige jordstyrker eller modstandsevner samt de regningsmæssige lodrette kræfter på væggen... (5)P Hvis væggen fungerer som fundament for en konstruktion, skal lodret ligevægt kontrolleres ved anvendelse af principperne i kapitel 6. (SGU: Kapitel 6 Direkte fundering?! over i Kapitel 7 Pælefundering eller Kap. 9?) 11-02-2010 Geo Kompagniet 4

Hvordan findes den lodrette modstandsevne? De fleste kilder angiver: Den karakteristiske modstandsevne bør bestemmes ved prøvebelastning (SGU: uanset profiltype). Alternativet til prøvebelastning angives at være: Hvis der ikke udføres prøvebelastning, så kan den karakteristiske modstand mod lodret last bestemmes på baggrund af empiriske data. FORMÅLET: Er at søge empiriske metoder til at bestemme den ydre lodrette bæreevne af indfatningsvægge - med fokus på effektivt spidsareal. 11-02-2010 Geo Kompagniet 5

Afgrænsning: Opdeling i 2 vægtyper Væg bærer kun lodret last fra egenvægt og tangentialkræfter Væg bærer lodret last fra mere end egenvægt og tangentialkræfter 11-02-2010 Geo Kompagniet 6

Hvad afhænger bæreevnen af? Bæreevne = overflademodstand + spidsmodstand (R c = R s + R b ) Spidsbæreevnen er direkte proportional med spidsarealet A b : R b = faktorer A b (A b er det effektive spidsareal) Det effektive spidsareal A b afhænger af propdannelse i profilet. Propdannelsen er en afgørende geometrisk størrelse for bæreevnen. 0 % prop 100 % prop (?) 11-02-2010 Geo Kompagniet 7

Angivelser om propdannelse ved spids: A b Ingen prop: 0 % (A b =A stål ) Fuld prop: 100 % (konveks omskreven polygon) Litteratur: Spunsprofil Spunsprofil H-profil H-profil Kohæsion Friktion Kohæsion Friktion Brinch Hansen - 80 % - - Bent Hansen 80 % 80 % 100 % (rør) 100 % (rør) Krebs/Moust.. 80 % 80 % 100 % 100 % Krebs/Fuglsang.. 0 % 0 % 100 % 100 % Piling Hand. 1997 50 % 0 % - - Piling Hand. 2008 50 % 75 %?? - - Tomlinson 2008 - - 100 % 100 % EAB 2008 og Varierer: Varierer: d 400mm: d 400mm: Weissenbach 0-100 % 0-100 % 100% 100% d 1000 mm 0 % d 1000 mm 0 % 11-02-2010 Geo Kompagniet 8

Spidsareal - propdannelse Figur R 85-1: Spidsareal for spunsvæg Figur R85-2: Spidsareal for H-profiler 11-02-2010 Geo Kompagniet 9

Lodret bæreevne af rammede spunsvægge iht. EAB (2008) R85 og A10 Spidsareal: A b = Χ h = (0,015 α 0,35) h (se figur R 85-1) Overfladeareal: A s = (h 0,5) A ståloverflade (til teoretisk dybde: Kun på forside af væg) Bæreevneformel: Spidsmodstand: Overflademodstand: R ck = R bk + R sk = A b q bl,k + A s q sl,k q bl,k = 600 + 120 (h - 0,5) (kpa) q sl,k = 60 kpa De angivne empiriske bæreevner (q bl,k og q sl,k ) forudsætter: Naturligvis bæredygtig jord med nøjere specificerede egenskaber! Se Appendix A10. Højt grundvandsspejl. Se korrektion med η γ = γ/γ 11-02-2010 Geo Kompagniet 10

Lodret bæreevne af rammede H-profiler iht. EAB (2008) R85 og A10 Spidsareal: A b = h b (100 % prop, se figur R 85-2a) Overfladeareal: A s = 2 h + 2,9 b ( 0 % prop, se figur R 85-2b) Bæreevneformel: Spidsmodstand: Overflademodstand: R ck = R bk + R sk = A b q bl,k + A s q sl,k q bl,k = 600 + 120 (h - 0,5) (kpa) q sl,k = 60 kpa De angivne empiriske bæreevner (q bl,k og q sl,k ) forudsætter: Naturligvis bæredygtig jord med nøjere specificerede egenskaber! Se Appendix A10. Højt grundvandsspejl. Se korrektion med η γ = γ/γ 11-02-2010 Geo Kompagniet 11

Visse sammenhænge 2 eksempler Eksempel 1: I det aktuelle eksempel er der overensstemmelse mellem Brinch Hansen m. fl. & Weissenbach angivelse af effektivt spidsareal (propdannelsen) Brinch Hansen (Beregninger, side 109): Angiver 80 % prop for spuns-profil Larssen IVn (α= 76º) i sand. Weissenbach s formel (EAB, R 85): Angiver propdannelse for spunsprofil Larssen IVn iflg. Χ = 0,015 α 0,35 = 0,015 76 0,35 = 0,79, dvs. 79 % prop. 11-02-2010 Geo Kompagniet 12

Visse sammenhænge 2 eksempler Eksempel 2: Vertikal bæreevne af stålspuns i sand. DGF-indlæg den 10-03-2005 af Helle Trankjær, Cowi. Profil: AZ26, h=0,427 m, b=1,26 m, α=58,5º. Jord: N SPT =27, GVS: højt Resultat af CAP-WAP analyse efter 3 og 11 dage: R b = 220 kn Piling Handbook (1997): A b = A b,stål (0 % prop) R b = 400 N b,spt f gvs A b = 400 27 0,67 249,2 10-4 = 180 kn Weissenbach (2001): R b = [600+120 (h-0,5)] (0,015 α 0,35) h b eff f D R b = [600+120 (19,2-0,5)] (0,015 58,5 0,35) 0,427 0,60 0,7 = 268 kn 11-02-2010 Geo Kompagniet 13

Lodret bæreevne af sekantpælevægge Litteratur: EAB 2008 (German Geotechnical Society, 2008) Geotechnical Engineering Handbook, vol. 3 (Schmoltczyk, 2003) Baugruben Teil III, Berechnungsverfahren (Weissenbach, 2001) Pile Design and Construction Practice (Tomlinson & Woodward, 2008) 11-02-2010 Geo Kompagniet 14

Sekantpælevægge iht. EAB (2008) bæreevneformel: R ck = R bk + R sk Spidsmodstand: Spidsdybde, h, i bæredygtig jord: h 5 pælediameter A b = A b (100 %) Overflademodstand: Kun på forsiden, til teoretisk dybde h min 2,5 m under UDGN max A s = A s = h min 1,0 (100 %) R bk = (A b q bk ) κ A = (A b q bk ) κ A hvor q bk = bæreevne (DIN 1054:2005-1) κ A = 0,9 ved pæleoverlap κ A = 0,78 ved pæleberøring d = pælediameter R sk = A s q sk = A s q sk hvor q sk = bæreevne (DIN 1054:2005-1) q sk = f D 50 kpa (Weissenbach) f D faktor for jordens fasthed Weissenbach: h max 10 d 11-02-2010 Geo Kompagniet 15

Konklusion vedr. effektivt spidsareal 1. Spunsvægge: Der er betydelige forskelle i vurderingen af det effektive spidsareal. Størrelsen af propdannelsen afhænger af profilets geometriske udformning. Weissenbach og EAB har angivet empiriske formler til bestemmelse af det effektive spidsareal, baseret på profilets geometriske udformning. 2. H-profiler: Der synes generelt at være enighed om størrelsen af propdannelsen og det effektive spidsareal for H-profiler og boxprofiler op til en vis dimension (ca. 400 mm). 3. Sekantpælevægge: Der eksisterer empiriske formler til bestemmelsen af det effektive spidsareal og af lodret bæreevne. 11-02-2010 Geo Kompagniet 16

Fremadrettet arbejde - forslag Ønske: At få nedskrevet DK retningslinier for vurdering og geostatisk beregning (empirisk baserede formler) af den ydre lodrette bæreevne for støttevægge. Forslag: Fra danske geoteknikere indsamles konkrete eksempler med relevante data især for spunsvægge. Overensstemmelsen mellem sådanne data og de tilvejebragte empiriske formler (eksempelvis Weissenbach/EAB) undersøges systematisk. Der opstilles en DK-beregningspraksis, hvis der viser sig grundlag for det. jeg bidrager naturligvis gerne med det videre arbejde, enten i Pælekomitéen eller til Dimensioneringshåndbogens relevante afsnit! 11-02-2010 Geo Kompagniet 17

SLUT 11-02-2010 Geo Kompagniet 18