Numerische Untersuchung des Einflusses der Widerlager auf die Mantelreibung bei Zug-Probebelastungen von Duktilpfählen

Abstract

In der vorliegenden Diplomarbeit wird der Einfluss der Widerlager auf die Mantelreibung von Duktilpfählen während der Zug-Probebelastung numerisch untersucht. Für den Versuchsaufbau einer Zug-Probebelastung werden Widerlager benötigt, um die bei der Probebelastung auftretenden Kräfte in den Boden ableiten zu können. Um einen potenziellen Einfluss dieser Reaktionskräfte auf die Mantelreibung des zu prüfenden Pfahls evaluieren zu können, werden Messdaten der Projektstandorte Hagen und Brunn am Gebirge von der Firma Keller Grundbau Ges.mbH.als Grundlage herangezogen. Bei diesen Projektstandorten wurde der Zugversuch als Sekundärversuch des Pile HAY-Proof-System®, einem bi-direktionalen Pfahlprüfsystem, durchgeführt. Mit den Messdaten der Projektstandorte erfolgt eine Kalibrierung und Validierung des erstellen numerischen Modells.Der erste Abschnitt der Diplomarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Duktilpfähle und in weiterer Folge mit den Prüfverfahren, um die wissenschaftliche Grundlage für die späteren Auswertungen zu liefern. Dabei wird im Speziellen auf die wesentlichen Prinzipiendes Pfahlsystems Duktilpfahl und auf das Pile HAY-Proof-System® eingegangen. Im nächsten Schritt erfolgt eine detaillierte Auswertung und numerische Modellierung der durchgeführtenVersuche. Dabei wird in einem ersten Modell ein Pfahl ohne Versuchsaufbau und danach ein Pfahl mit Versuchsaufbau des Pile HAY-Proof-System® in Plaxis für einen allgemeinen Fall (Sand) modelliert. In diesem Modell werden die Parameter wie Pfahllänge, Prüfkraft und Abstand zwischen Widerlagerinnenkante und Pfahlmittelpunkt variiert, um eine mögliche Beeinflussung durch die Widerlager erkennen zu können. Mit diesen Informationen werden die beiden Projektstandorte,Hagen und Brunn am Gebirge, in Plaxis ausgewertet. Die im numerischen Modell berechneten Hebungen werden mit den gemessenen Last-Hebungslinien verglichen, um die Richtigkeit des numerischen Modells zeigen zu können. Danach werden die beiden modellierten Last-Hebungslinien (mit und ohne Widerlagerbeeinflussung) miteinander verglichen und etwaige Unterschiede diskutiert. Außerdem wird die Beeinflussung des Herausziehwiderstand des Pfahls durch die Widerlager untersucht, falls es zu einem Versagen des Bodenkörpers während der Pfahlprüfung kommen sollte. Dabei wurden die Bodenhebungen in gewissen Abständen zum Pfahlgemessen, einmal für den Primärversuch (ohne Widerlager) und einmal für den Sekundärversuch (mit Widerlager), um diese miteinander vergleichen zu können. Für den Projektstandort Brunn am Gebirge wurden in einer Tiefe von 1,4m unter Geländeoberkante drei Kraftmessdosen am Pfahlmantel angebracht. Damit wurden während der Pfahlprobebelastung die Normalspannungen auf den Pfahlmantel gemessen. Das Ziel des Einbaus der Kraftmessdosen war, eine Beeinflussung der Normalspannungen während der Pfahlprobebelastung erkennen zu können. Als Ergebnis der Arbeit folgt eine Interpretation der ermittelten Last-Hebungslinien, Normalspannungen und Bodenhebungen, um eine Beeinflussung durch die Widerlager bei der Pfahlprüfung für die beiden Projektgebiete ausschließen oder bestätigen zu können. Abschließend werden in einem Ausblick weitere Modellierungsmöglichkeiten und Verbesserungen des numerischen Modells diskutiert.

The following diploma thesis explores the influence of the abutment on the shaft friction of ductile piles during the tensile load test in numerical terms. This test setup requires abutments to derive the occurring forces of the load test in the soil. The measurement data of the project areas Hagen and Brunn am Gebirge by the company Keller Grundbau Ges.mbH. are used to evaluate the potential influence of these reaction forces on the shaft friction of the test pile. In these project sites, the tensile load test was performed as a secondary test of the Pile HAY-Proofsystem, which is a bi-directional pile testing system. The measurement data from the project areas are used to calibrate and validate the numerical model.The first chapter of the diploma thesis deals with the theoretical basis of ductile piles and infurther steps with the testing method to provide the scientific basis for the later evaluations. Inparticular, the main principles of the ductile piles and the Pile HAY-Proof system® are discussed.This is followed by a detailed evaluation and numerical modeling of the conducted tests. In thefirst model, a pile without test setup and after that a pile with test setup of the Pile HAY-Proofsystem® are modeled in Plaxis. For the soil of the first model, sand was chosen. Further, pilelength, pile load and interspace are variated to recognise a potential influence of the abutment.This information will be used to evaluate both project locations in Plaxis. Therefore, the calculated displacements are compared with the measured load-displacement curve to be ableto show the correctness of the numerical model. Afterwards the distinction between the both modelled load-displacement curves (with/without influence of the abutments) will be discussed.Further, if the soil body will collapse during the pile test, the influence of the abutments on the pull-out resistance is examined. The soil displacements were measured in certain gaps to the pile during the primary test (without abutments) and the secondary test (with abutments). The results of the soil displacements from the primary and secondary test will be compared to each other. For the project location Brunn am Gebirge, three load cells were attached to the pilecasing at a depth of 1,4m below ground level. Thus, the normal stresses on the pile casing could be measured during the pile load test. The goal of the attached load cells was to determine the influence of the abutments on the normal stresses through the pile load test. The result of this diploma thesis, is the interpretation of the determined load-displacement curves, normal stresses,and soil displacements to confirm or suspend an influence through abutments by tensile load tests for both project locations. In conclusion, the diploma thesis gives a prospect on further modelling possibilities and discusses improvements of the numerical model.