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Gründungspfähle: Bedarf und Entwurfstechniken

Gründungspfähle sind Bauelemente, die die stärksten Bodenschichten in der Tiefe erreichen. Erfahren Sie, wie man sie konstruiert

Es gibt Situationen, in denen es nicht möglich ist, ausreichend widerstandsfähigen Boden an der Oberfläche zu finden, um eine Struktur sicher und stabil zu tragen. Dank Tiefgründungen und insbesondere Gründungspfählen kann dieses Problem jedoch effektiv gelöst werden.

Im folgenden Artikel werden wir die verschiedenen Arten von Gründungspfähle erkunden, von denen jede spezifische Eigenschaften aufweist. Wir werden sehen, wie diese Elemente je nach den Anforderungen des Projekts und den Eigenschaften des Bodens eingesetzt werden können. Darüber hinaus werden wir einige nützliche Tipps für ihre Planung geben.

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Was sind Gründungspfähle?

Gründungspfähle sind strukturelle Elemente, die zur Kategorie der „Tiefgründungen oder indirekten Gründungen“ gehören, da sie in der Lage sind, die vertikale Last der Struktur auf widerstandsfähigere und stabilere Bodenschichten in größeren Tiefen zu übertragen.

Im Gegensatz zu Flachgründungen, die die Last nur über die Auflagefläche auf den Boden übertragen, übertragen Pfahlgründungen die Last sowohl durch Reibung an der seitlichen Oberfläche der Gründung als auch durch Spitzenlast, abhängig vom Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Pfahls und seiner Höhe.

Pfahlgründungen können aus verschiedenen Materialien wie Stahlbeton, Stahl oder Holz hergestellt werden. Sie werden in den Boden eingebracht oder eingerammt, um die Tragschichten zu erreichen und den erforderlichen Widerstand gegen äußere Kräfte zu bieten, die von einer Flachgründung nicht bewältigt werden könnten.

Das Hauptziel von Pfahlgründungen ist es, langfristige Setzungen zu reduzieren, indem die mechanischen Eigenschaften der tiefen Untergründe genutzt und Probleme vermieden werden, die mit weichen Böden, Grundwasser oder Hohlräumen in den oberflächlichen Schichten verbunden sind.

Wann sollten Gründungspfähle verwendet werden?

Unter den verschiedenen Arten von Gründungen, die zur Sicherheit und Stabilität eines Bauwerks eingesetzt werden können, ist es im Allgemeinen ratsam, auf Pfahlgründungen zurückzugreifen, wenn:

  • der Boden an der Oberfläche nicht ausreichend Tragfähigkeit für die Last des Gebäudes bietet. Pfahlgründungen ermöglichen es, tiefere und stabilere Bodenschichten zu erreichen, um die Last effektiv zu verteilen und Setzungen und übermäßige Verformungen zu vermeiden;
  • die Struktur von oberflächennahen Böden isoliert werden muss, die schädlichen Phänomenen wie Erosion, Auswaschung oder Einwirkungen von externen Einflüssen ausgesetzt sind. Pfahlgründungen ermöglichen es, die Fundamente unterhalb dieser problematischen Böden zu platzieren und die Struktur vor schädlichen Auswirkungen zu schützen;
  • es technisch nicht möglich ist, Flachgründungen zu realisieren, wie im Fall von Offshore-Strukturen oder in Gegenwart von Böden mit hohen Filtergradienten, inkohärenten Böden oder Situationen, die die Verwendung anderer Arten von Gründungen unmöglich machen;
  • die erwarteten Setzungen nicht mit dem Typ der zu realisierenden Struktur vereinbar sind, da sie das maximale Limit überschreiten, das die Struktur tragen kann. Pfahlgründungen ermöglichen es, durch das Erreichen großer Tiefen die absoluten und differentiellen Setzungen kontrolliert zu handhaben und so langfristige Stabilität und Sicherheit für die Struktur zu gewährleisten.

Arten von Gründungspfählen

Gründungspfähle können je nach verschiedenen Kriterien, wie Material, Abmessungen oder verwendeten Bauverfahren, klassifiziert werden.

In Bezug auf die Abmessungen können Pfahlgründungen in folgende Kategorien unterteilt werden:

  • Pfähle mit kleinem Durchmesser: Diese haben einen Durchmesser von weniger als 25 cm und sind in der Regel zwischen 5 und 20 m lang;
  • Pfähle mit mittlerem Durchmesser: Diese haben einen Durchmesser von 30 bis 60 cm und sind in der Regel zwischen 5 und 25 m lang;
  • Pfähle mit großem Durchmesser: Diese haben einen Durchmesser von über 80 cm und können oft Längen von 20 bis 40 m erreichen.

Je nach verwendetem Material können folgende Typen unterschieden werden:

  • Holzpfähle: Diese werden aus Baumstämmen hergestellt und zeichnen sich durch einen geraden Stamm ohne Verunreinigungen und Knoten aus. Sie werden durch Rammen in den Boden eingebracht. Je mehr Harz im Holz vorhanden ist, desto höher sind die Festigkeit und die Lebensdauer des Pfahls. Die Verfügbarkeit von großen Holzpfählen kann begrenzt sein, und ihre Haltbarkeit kann durch die Bodenfeuchtigkeit und holzzerstörende Organismen beeinflusst werden;
  • Metallpfähle: Diese werden aus Stahl hergestellt und bieten eine höhere Festigkeit und Haltbarkeit. Sie eignen sich für Situationen, in denen eine hohe Tragfähigkeit erforderlich ist. Sie werden häufig beim Bau von Wolkenkratzern oder Industrieanlagen eingesetzt. Während des Installationsprozesses werden die Metallpfähle gerammt oder gebohrt, je nach gewählter Bauweise. Im Vergleich zu anderen Pfahltypen sind sie widerstandsfähiger und langlebiger, was sie besonders geeignet macht, wenn kompakte oder felsige Böden überwunden werden müssen. Ihr Preis kann jedoch höher sein, weshalb sie häufiger in Projekten eingesetzt werden, die besondere Robustheit und strukturelle Festigkeit erfordern;
  • Betonpfähle: Die Mehrheit der Pfahlgründungen wird mit bewehrtem Beton hergestellt. Diese Art kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:
    • außerhalb der Baustelle hergestellte Pfähle: Diese umfassen vorgefertigte Stahlbetonpfähle, die außerhalb der Baustelle hergestellt werden. Nach einer angemessenen Aushärte- und Reifezeit werden sie zur Installationsstelle transportiert. Dort werden sie durch Rammen oder Bohren in den Boden eingebracht, wobei ihre strukturelle Festigkeit genutzt wird;
    • vor Ort hergestellte Pfähle: In diese Kategorie fallen Stahlbetonpfähle, die direkt auf der Baustelle hergestellt werden, im Gegensatz zu vorgefertigten Pfählen. Das charakteristische Merkmal dieser Art ist die Methode zur Installation der Metallhülse, die als Schalung dient. Diese Hülse kann durch Rammen oder Bohren in den Boden eingebracht werden und kann entweder „verloren“ gehen oder zurückgewonnen werden, sobald der Beton den Aushärteprozess abgeschlossen hat.

Schließlich kann je nach angewandter Bauverfahrenstechnologie zur Herstellung des Pfahls zwischen folgenden unterschieden werden:

  • Ramm-Pfähle: Diese werden durch Einführen des Pfahls in den Boden durch Ramm- oder Schlagverfahren hergestellt. Dieser Vorgang beinhaltet das Einbringen des Pfahls durch Druck, ohne Material zu entfernen, sondern nur zu verschieben oder zu verdichten;
  • Bohrpfähle: Diese beinhalten das Entfernen und Ersetzen des Bodens durch den Einsatz von Bohrgeräten. In der Regel wird eine Bohrkrone oder eine Schnecke verwendet, um den Boden zu durchdringen und das Material während des Vorgangs zu entfernen. Anschließend wird der Pfahl in das erstellte Loch eingebracht. Diese Methode ist besonders nützlich bei kompakteren oder felsigen Böden, wo einfaches Rammen ineffektiv sein könnte. Das Entfernen und Ersetzen des Bodens ermöglicht es, eine stabilere und widerstandsfähigere Gründung zu schaffen.
Tipologie di pali di fondazione

Tipologie di pali di fondazione

Berechnung der Pfahlgründung: Faktoren und Schritte

Die Berechnung der Pfahlgründung ist ein komplexer Prozess, der eine genaue Bewertung verschiedener geotechnischer, struktureller und Umweltfaktoren erfordert. Im Folgenden werden die Hauptphasen dieses Prozesses erläutert:

  • Bodencharakterisierung: Bevor mit der Planung begonnen wird, ist es entscheidend, eine angemessene geologische und geotechnische Untersuchung durchzuführen, um die Eigenschaften des Bodens zu verstehen, auf dem die Fundamente errichtet werden. Diese Studie kann verschiedene Tests umfassen (wie Bohrungen, statische Penetrationstests, Pressiometertests usw.). Die gesammelten Daten liefern entscheidende Informationen über die Bodenzusammensetzung, seine Festigkeit, das Vorhandensein von Grundwasser und andere Faktoren, die die Fundamentplanung beeinflussen können;
  • Lastdefinition: Der nächste Schritt besteht darin, die Lasten zu bestimmen, die die Fundamente tragen müssen. Basierend auf den Bodeneigenschaften und den erwarteten Lasten wird der geeignetste Pfahltyp ausgewählt;
  • Pfahldimensionierung: Die Dimensionierung der Pfähle erfolgt unter Berücksichtigung der Bodeneigenschaften und der aufgebrachten Lasten. Parameter wie die Pfahlspitzendruckfestigkeit, die seitliche Tragfähigkeit usw. werden berücksichtigt;
  • Tragfähigkeitsprüfung: Es ist erforderlich sicherzustellen, dass die Pfähle in der Lage sind, die erwarteten Lasten zu tragen, ohne die zulässigen Grenzwerte zu überschreiten. Dies wird durch Berechnung der Tragfähigkeit der Pfähle und Vergleich mit den aufgebrachten Lasten erreicht. Die Tragfähigkeit kann durch analytische Methoden oder durch Lasttests an den Pfählen bestimmt werden.
Berechnung der Pfahlgründung - EdiLus

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Wie man Pfahlgründungen einfügt

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