Title: Last-Verformungsverhalten von Energiepfählen im typischen Wiener Baugrund
Other Titles: Load-deformation behavior of energy piles in typical Viennese ground
Language: Deutsch
Authors: Freuis, Anna 
Qualification level: Diploma
Advisor: Adam, Dietmar 
Assisting Advisor: Markiewicz, Roman 
Issue Date: 2018
Number of Pages: 340
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die geothermische Nutzung mit erdberührten Bauteilen wird in Österreich, der Schweiz, Deutschland, England und Japan schon häufig angewendet. Mit Großbohrpfählen gegründete Bauwerke können mit Energiepfählen ausgestattet werden. Die Pfähle werden hiermit nicht nur zur Lastabtragung verwendet, sondern auch zur thermischen Energienutzung. In den meisten Klimazonen Europas sind in einer Tiefe von 10 m bis 15 m aufgrund der thermodynamischen Trägheit des Bodens nur geringe Schwankungen im Temperaturverlauf über die Jahreszeiten vorzufinden. Bis in eine Tiefe von 50 m beträgt die Temperatur im Jahresmittel rund 10 C bis 15 C. Diese nahezu konstanten Temperaturverhältnisse im Untergrund werden bei Energiepfählen ausgenutzt, um thermische Energie nutzbar zu machen. Die Stadt Wien ermöglichte im Zuge des Forschungsprojekts „Unteres Hausfeld“ FPUH die Versuche an Energiepfählen. Das Ziel war den Einfluss der geothermischen Nutzung auf das Last-Verformungsverhalten von Pfählen zu untersuchen. Es wurden zwei Pfähle mit unterschiedlichen Längen hergestellt, da das Lastabtragungsverhalten in zwei verschiedenen Bodenschichten untersucht werden sollte. Ein längerer Pfahl, der in die tiefer gelegene Schicht des Miozän einband und ein kürzerer Pfahl, der nur bis in den oberflächennäheren Donauschotter reichte. Heizund Kühlzyklen wurden über die Versuchsdauer von zwei bis drei Monaten für jeden Pfahl simuliert. Die Last wurde während der Zyklen konstant gehalten, um die Reaktion des Pfahls auf die thermische Belastung zu ermitteln, wobei zu Beginn, zwischen den Zyklen und am Ende des Versuchs Lastspiele durchgeführt wurden. In der gegenständlichen Diplomarbeit wird nach einer kurzen Einleitung in Kapitel 1 das Forschungsprojekt „Unteres Hausfeld“ FPUH in Kapitel 2 vorgestellt. Es werden die örtlichen Gegebenheiten im Bezug auf den Untergrund und andere Rahmenbedingungen des Forschungsprojekts erläutert. Das Prinzip von Geothermie-Anlagen wird allgemein beschrieben, um einen Einblick in deren grundsätzliche Funktionsweise zu bekommen. In Kapitel 3 wird im Besonderen auf die Normen und Richtlinien betreffend Energiepfähle eingegangen. Die Bemessung von Großbohrpfählen wird ebenfalls behandelt, da die statische Bemessung von Energiepfählen identisch zu Großbohrpfählen ist. Im nächsten Abschnitt werden die Energiepfahlversuche des Forschungsprojekts „Unteres Hausfeld“ FPUH betrachtet. Die Versuche werden in Kapitel 4 detailliert beschrieben, da diese die Grundlage für die folgende Auswertung bilden. Es wird nicht nur die Geometrie der Versuchskörper, sondern auch die Instrumentierung und im Speziellen der Versuchsablauf erläutert. In diesem Kapitel ist auch eine Fotodokumentation der Versuchsaufbauten und der installierten Instrumentierung zu finden. Die Auswertemethodik und die Theorie, auf der die Auswertung basiert, wird im folgenden Kapitel 5 vorgestellt. In einem ersten Schritt werden Auszüge aus den Rohdaten und aus der Auswertung gezeigt. Die Versuchsergebnisse werden schließlich in Diagrammen dargestellt und beschrieben. Von zwei ausgewählten Großbohrpfählen des gegenständlichen Forschungsprojekts „Unteres Hausfeld“ werden die Ergebnisse der statischen Pfahlprobebelastung für den Vergleich mit den Ergebnissen der Energiepfahlversuche herangezogen. Abschließend werden die Versuche an den Energiepfählen zusammengefasst und einer ersten Beurteilung unterzogen.

Geothermal systems are frequently used in Austria, Switzerland, Germany, England and Japan to use thermal energy from ground and groundwater. The most proficient way is via geothermal activation of the foundation elements, like energy piles and other energy geostructures. The main advantage of these systems is that the structural components are not only used for static reasons, but also provide thermal energy for heating and/or cooling of the building. In the most climatic zones of Europe, at a depth of 10 m to 15 m, due to the thermal inertia of the soil, a nearly constant temperature on an annual basis can be found. Up to a depth of 50 m, the annual average temperature usually varies only in the range of 10 C to 15 C. These almost constant temperature conditions in the ground serve to generate thermal energy with energy piles. The city of Vienna initiated the research project “Unteres Hausfeld” FPUH, which included experiments on energy piles among other geotechnical investigations. The aim of the experiments on energy piles is to show whether and to what extent the load-deformation behavior of the piles is influenced by the thermal loading of the piles. Two energy piles of different lengths were installed in two different soil layers. A longer pile embedded in the lower layer the Miozän and a shorter pile embedded into the gravel (“Danube gravel”) on top of the Miozän were installed. For these tests, the piles were not only loaded mechanically but also thermally over defined periods. Heating and cooling cycles were simulated over the test period of two to three months for each pile. The load was kept constant throughout the cycles to determine the response of the piles to the thermal loading. Load cycles were performed at the beginning, in between, and at the end of the tests. After a short introduction in Chapter 1, the research project "Unteres Hausfeld" FPUH is presented in Chapter 2. The local conditions and other determining factors of the research project are explained. Geothermal systems are generally described to get information about their basic operation. Chapter 3 also deals with the standards and guidelines for energy piles. The dimensioning of large bore piles is also considered, as the static design of energy piles is identical to large bored piles. The next section of this work includes the energy pile experiments of the research project "Unteres Hausfeld" FPUH. The experiments are described in detail in Chapter 4, as these form the basis for the following evaluation. Not only the geometry of the test specimens is explained, but also the instrumentation and the experimental procedure. This chapter also includes a photo documentation of the experimental setup and the installed instrumentation. The evaluation methodology is presented in the following Chapter 5. In a first step, the collected data and the evaluation are shown. The test results are finally presented in diagrams and described. The results of two large bored piles from the research project "Unteres Hausfeld" have been selected for comparison with the results of the energy pile tests. Finally, the experiments on the energy piles are summarized and subjected to a basic assessment.
Keywords: Last-Verformungsverhalten; Wiener Baugrund
Load-deformation; Viennese ground
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-135342
http://hdl.handle.net/20.500.12708/7863
Library ID: AC15217165
Organisation: E220 - Institut für Geotechnik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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