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Sicherheits- und Nachweiskonzept

1.1 Grundlagen des Sicherheits- und Nachweiskonzepts für Ufereinfassungen

1.1.1 Allgemeines

Das Versagen eines Bauwerks kann sowohl durch Überschreiten des Grenzzustandes der Tragfähigkeit ("ultimate limit state - ULS", Bruch im Boden oder in der Konstruktion, Verlust der Lagesicherheit) als auch des Grenzzustandes der Gebrauchstauglichkeit ("serviceability limit state - SLS", zu große Verformungen) eintreten.

1.1.2 Normative Regelungen für Ufereinfassungen

Die grundsätzlichen Sicherheitsanforderungen für Bauwerke sind in den harmonisierten europäischen Normen festgelegt. Im Einzelnen sind dies für die verschiedenen Fachbereiche die folgenden Normen:

Die Basis der europäischen Baunormen bilden die Eurocodes "Grundlagen der Tragwerksplanung" (DIN EN 1990) und "Einwirkungen auf Bauwerke" (DIN EN 1991) mit mehreren Teilen und Anhängen. Sie sind Grundlage für die Bemessung im gesamten Bauwesen Europas. Auf diese beiden Grundnormen beziehen sich alle anderen acht Eurocodes mit ihren jeweiligen Teilen.

Sicherheitsnachweise sind grundsätzlich nach den europäischen Normen zu führen. Diese werden um nationale Regelungen und Normen, wie z. B. die Zahlenwerte der Teilsicherheitsbeiwerte, ergänzt. Die nationalen Regelungen und Normen dürfen den Regelungen in den europäischen Normen nicht widersprechen.

Für Standsicherheitsnachweise nach EAU sind DIN EN 1990; DIN EN 1991; DIN EN 1992; DIN EN 1993; DIN EN 1994; DIN EN 1995; DIN EN 1996; DIN EN 1997; DIN EN 1998; DIN EN 1999, insbesondere aber DIN EN 1997 - Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik -, von Bedeutung. Im ersten Teil (DIN EN 1997-1) werden Begriffe definiert und die zu führenden Grenzzustandsnachweise beschrieben und festgelegt. Ferner sind in informativen Anhängen erdstatische Berechnungsmodelle für Standsicherheitsberechnungen angegeben. Als Besonderheit werden europaweit drei Nachweisverfahren mit dem Teilsicherheitskonzept zur Wahl gestellt.

Mit der DIN 1054:2010-12 werden die besonderen deutschen Erfahrungen dazu ergänzt und Sicherheitsbeiwerte für die Anwendung der DIN EN 1997-1 in Deutschland festgelegt. DIN 1054:2010-12, DIN EN 1997-1:2010-12 und der nationale Anhang (DIN EN 1997-1/NA:2010-12) sind zum Handbuch EC7-1 (2015) zusammengefasst worden.

Aufgrund der langjährigen Erfahrungen mit den spezifischen Randbedingungen von Ufereinfassungen (z. B. größere Verformungstoleranz gegenüber anderen Ingenieurbauwerken) werden in den EAU einige besondere Festlegungen für die Bemessung von Ufereinfassungen getroffen, die auch von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 abweichen können.

Besondere Festlegungen sind z. B.:

• fallweise niedrigere Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Beanspruchungen sowie Widerstände im Grenzzustand des Versagens (Abschn. 1.2.4, Tab. 1.1 und 1.3),
• Ermittlung eines charakteristischen resultierenden Wasserdrucks durch Verrechnung günstig und ungünstig wirkender Wasserdrücke, sofern physikalisch sinnvoll (siehe Abschn. 3.3.1),
• vereinfachte Ansätze des Wasserdrucks (siehe Abschn. 3.3.2) und
• Erddruckumlagerungen abhängig vom Herstellverfahren für Spundwände (siehe Abschn. 8.2.3.2).
• Erhöhung der rechnerischen Ankerkraft um 15 % zur rubusten Ausführung von Spundwand-Bauteilen (s. Abschn. 9.2).

Im zweiten Teil der DIN EN 1997-2 werden Planung, Durchführung und Auswertung von Baugrunderkundungen geregelt. Wie für Teil 1 wurde diese Norm zusammen mit DIN 4020:2010-12 und dem nationalen Anwendungsdokument im Handbuch EC7-2 veröffentlicht.

Die Ausführung von Arbeiten des Spezialtiefbaus ist in europäischen Ausführungsnormen geregelt. Diese werden auf nationaler Ebene durch DIN SPEC konkretisiert.

Die Bemessungen für tiefreichende Bodenstabilisierungen (z. B. Düsenstrahlverfahren, Injektionen) sind auf deutscher Ebene in der DIN 4093 festgelegt.

Soweit in den Empfehlungen Normen zitiert sind, gilt deren aktuelle Fassung. Bei Abweichungen wird das Ausgabejahr angegeben. Die zitierten Normen sind am Ende des Kapitels angegeben.

1.1.3 Geotechnische Kategorien

Die Mindestanforderungen an Umfang und Qualität geotechnischer Untersuchungen, Berechnungen und Überwachungsmaßnahmen werden nach EC 7 in drei geotechnischen Kategorien beschrieben, die eine geringe (Kategorie 1), eine normale (Kategorie 2) und eine hohe (Kategorie 3) geotechnische Schwierigkeit bezeichnen. Sie sind in DIN 1054, A 2.1.2 wiedergegeben. Ufereinfassungen sind grundsätzlich in die Kategorie 2, bei schwierigen Baugrundverhältnissen in die Kategorie 3 einzuordnen. Ein Fachplaner für Geotechnik ist stets einzubeziehen.

1.1.4 Bemessungssituationen

Für den Nachweis der Standsicherheit und die Zuordnung der Teilsicherheitsbeiwerte werden in DIN 1054, Abs. 6.3.3. Lastfälle definiert. Diese ergeben sich aus den Einwirkungskombinationen in Verbindung mit den Sicherheitsklassen bei den Widerständen. Für Ufereinfassungen gelten dabei folgende Einstufungen.

1.1.4.1 Bemessungssituation (BS-P)

Belastungen aus Erddruck (bei nicht konsolidierten, bindigen Böden getrennt für den Anfangs- und Endzustand) und aus Wasserüberdruck bei häufig auftretenden ungünstigen Außen- und Innenwasserständen (siehe Abschn. 3.3.2), Erddruckeinflüsse aus den normalen Nutzlasten, aus normalen Kranlasten und Pfahllasten, unmittelbar einwirkende Auflasten aus Eigengewicht und normaler Nutzlast.

1.1.4.2 Bemessungssituation (BS-T)

Vorübergehende Situationen (transient situations), die sich auf zeitlich begrenzte Zustände beziehen, werden der Bemessungssituation BS-T zugeordnet, z. B. im Bauzustand oder bei der Instandsetzung; im Wasserbau neben den ständigen und während der Funktionszeit des Bauwerks regelmäßig auftretenden veränderlichen Einwirkungen der BS-P, z. B. begrenzte Kolkbildung durch Strömung oder Schiffsschrauben, Wasserüberdruck bei selten auftretenden ungünstigen Außen- und Innenwasserständen (siehe Abschn. 3.3.2) oder Wellenlasten gemäß Abschn. 4.3.

1.1.4.3 Bemessungssituation (BS-A)

Wie Bemessungssituation BS-T, jedoch mit außergewöhnlichen Bemessungssituationen wie außerplanmäßigen Auflasten auf größerer Fläche, eine ungewöhnlich große Abflachung einer Unterwasserböschung vor einem Spundwandfuß, eine ungewöhnliche Kolkbildung durch Strömung oder Schiffsschrauben, Wasserüberdrücke nach extremen Wasserständen (siehe Abschn. 3.3.2 bzw. 6.2), Wasserüberdruck nach einer außergewöhnlichen Überflutung der Ufereinfassung, Kombinationen von Erd- und Wasserdrücken mit Wellenlasten aus selten auftretenden Wellen (siehe Abschn. 4.3), Kombination von Erd- und Wasserdrücken mit Treibgutstoß gemäß Abschn. 6.2.5, alle Lastkombinationen in Verbindung mit Eisgang bzw. Eisdruck.

1.1.4.4 Extremfall

Beim Zusammentreffen äußerst unwahrscheinlicher Einwirkungskombinationen können nach DIN 1054, Abschn. A 2.4.7.6.1 A(4) und A 2.4.7.6.3 A(5) die Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen und Widerstände ?F = ?R = 1,0 gesetzt werden. Die Kombinationsbeiwerte werden nach Abschn. 1.2.4 zu ? = 1,0 gesetzt.

Beispiele hierfür sind das Zusammentreffen extremer Wasserstände bei gleichzeitigen extremen Wellenlasten aus Sturzbrechern gemäß Abschn. 4.3.6, extreme Wasserstände bei gleichzeitigem restlosen Ausfall einer Entwässerung/Dränage (vgl. Abschn. 6.2), Kombinationen aus drei gleichzeitig wirkenden kurzfristigen Ereignissen, wie z. B. Hochwasser (HHThw, vgl. Abschn. 6.2), selten auftretenden Wellen (vgl. Abschn. 4.3) und Treibgutstoß (vgl. Abschn. 6.2).

1.2 Nachweise für Ufereinfassungen

1.2.1 Grundlagen für die Nachweisführung

Der Standsicherheitsnachweis einer Ufereinfassung muss...