Kraftverlauf im Ringspalt von Litzenverpressankern in der Haft- und Freispielstrecke

Abstract

Ziel dieser Dissertation ist die vertiefende Untersuchung der Lastabtragung der Kräfte von Freispielankern im Bereich des Ringspaltes.<br />Das ist der Raum zwischen Ankerzugglied und Bohrlochwand, welcher mit Ankerverpressmörtel verfüllt bzw. injiziert wird. Anhand von ver-schiedenen Labor- und Bauwerksankern wurde dieser Kraftverlauf mit einer neu entwickelten Einrichtung erstmals messbar gemacht. In zwei Entwicklungsstufen wurden verschiedene Messsysteme entwickelt, welche die Verformungen im Ringspalt kraftlos zu messen im Stande sind.<br />Anfänglich wurde ein Messsystem entwickelt, welches über zylindrische Elemente die Verformungen über so genannte Dehnmessstreifen erfasste.<br />Für diese Elemente ist jedoch ein relativer hoher Laboraufwand erforderlich, da jedes einzelne Element einer Eichung zu unterziehen ist.<br />Die Weiterentwicklung erfasst die Verformungen über ein so genanntes Integralelement. Hierbei werden die Verformungen direkt im 1/1000 mm Bereich erfasst, ohne dass im Labor Eichmessungen erforderlich sind. Der Vorteil der Weiterentwicklung ist ein mehrfacher:<br />Zum einen wird durch dieses nur 2,0 cm im Durchmesser messende Element der Quer-schnitt im injizierten Ringspalt kaum beeinträchtigt, zum anderen ist keine Eichung im Labor nötig. Die Verformungen können somit direkt gemessen werden. Weiters hat dieses Element den Vorteil, dass sowohl Dehnungen wie auch Stauchungen erfasst werden können. Einen weiteren Vorteil stellt die Möglichkeit dar, über die Abschnittslänge des Messelementes die Verformungen über diese Strecke zu integrieren, was zur Vervielfachung des Messsignals führt und dabei auch untergeordnete Imperfektionen über die Messstrecke verschmiert wer-den.<br />Mittels dieser Messelemente konnte der Kraftverlauf für verschiedene Freispielankertypen visualisiert werden. Untersucht wurden Anker mit unterschiedlichen Haftstreckenlängen, mit verschiedenen Haftstreckenanordnungen (Mehrfachanordnung in einem Bohrloch) und auch so genannte Telleranker. Die Anker wurden in felsigen wie auch in weichen Böden eingebaut.<br />Anhand dieser Ergebnisse konnte erstmals nachgewiesen werden, dass die Lastabtragung im Ringraum ohne besondere technische Maßnahmen sowohl in der Haftstrecke wie auch in wesentlichen Teilen der Freispielstrecke erfolgt. Weiters konnte eine Verteilung der Mantel-reibung in der Haft- und in der Freispielstrecke in Abhängigkeit von verschiedenen Bodenschichten ermittelt werden.<br />Bedeutend ist diese Erkenntnis dahingehend, dass nicht nur die Haftstrecke alleine zur Lastabtragung herangezogen wird, sondern auch die Freispielstrecke. Erdstatische Berechnungen, welche bei Gleitkreisen oder auch bei der Berechnung der tiefen Gleitfuge von der Mitte der Haftstrecke ausgehen, werden daher kritisch zu hinterfragen sein.<br />Weiters werden bislang die Mantelreibungswerte, welche bisher nur über die Haftstrecke verteilt angenommen wurden, offensichtlich bei manchen Böden überschätzt, da die mitwirkende Freispielstrecke nicht berücksichtigt wurde.<br />

The aim of the present investigations was the detection of the load transfer of anchors with free length of tendon in the ring gap (interface) to the borehole. The ring gap is the space between anchor contour face and the inner face of the borehole, mostly being filled with mor-tar or grouted. On basis of various laboratory models and of also soil-anchors in situ, the force distribution was measured for first time with a newly developed measuring device. In two different stages, two different measurement systems were developed, to measure the deformations inside of the ring gap.<br />Initially, a measurement system was developed, using cylindrical elements, equipped with strain gauges, to measure the deformations.<br />However, it is for these elements a relative high laboratory effort because each element is subjected to a calibration.<br />The advance now is the detection of the deformations with so-called integral-element. De-formations are herewith recorded directly in units of 1/1000 mm, without need of laboratory calibration. So further advantage is a multiple:<br />For one is the cross section of the ring gap with grout injected barely affected from the only 2.0 cm diameter element, and secondly, no calibration in the lab is required. Deformations are measured directly.<br />Furthermore, advantages for this element are that elongations as well as compressions can be measured. Another advantage is consequently integrating the de-formation over the length of the element, so that imperfections are smudged.<br />By means of these measuring elements, the force distribution for different types of grouted strand anchors were investigated for the very first time. Examined were anchors with differ-ent lengths of bonding (grouting), different positions of the bonded lengths (multiple positions in a borehole) and also anchor with plates on ends. Based on these results it could be found that the load transfer in the ring gap takes place not only in the bonded anchor length, but also in major parts of free anchors length sections. Moreover, a distribution of the skin friction in the bonded and in the free length in response to different soil layers was determined.<br />A considerable finding is that not only the bond length alone is responsible for load transfer, but also the free length. Therefore it must be critically questioned, if it is correctly to use the center of the bond length in geotechnical calculations, such as slope-stability or deep slip-plane.<br />Also the values for the skin friction, which previously have been assumed only along the bond length, are obviously overestimated in some soils, because the contribution of load transfer along the free length have not been considered.<br />