Bewertung der Nachweiskonzepte nach EC7 für Baugrubenwände in Sand auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode

Der aktuelle Entwurf der neuen Fassung der EN 1997 unterscheidet für numerische Berechnungen von Stützwänden zwischen Nachweisverfahren mit Ansatz der Teilsicherheitsfaktoren auf die resultierenden Beanspruchungen oder auf die Scherparameter des Bodens. Hierzu wurden umfassende numerische Studien auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode für repräsentative Systemgeometrien durchgeführt und die Ergebnisse kritisch beurteilt. Systeme mit unterschiedlichen Randbedingungen hinsichtlich Stützung, Grundwasserstand, Baugrubentiefe und Einbindetiefe wurden betrachtet. Für alle Systeme wurden Schnittgrößen ermittelt. Insgesamt zeigte sich, dass beide Nachweismethoden ähnliche Werte für Querkräfte und Biegemomente entlang der Wand liefern. Es wurden die zwei Varianten für die Nachweismethode mit Abminderung der Scherparameter des Bodens verglichen; beide Varianten ergaben untereinander abweichende Ergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Ausgangszustände mit einer A-priori-Abminderung der Scherparameter des Bodens einerseits und einer Abminderung nur in maßgebenden Berechnungsphasen andererseits. Ein Vergleich mit dem gängigen analytischen Verfahren nach Blum gemäß den Empfehlungen der EAB ergab, dass in der FEM aufgrund anderer Spannungsverteilungen entlang der Wand andere Einbindelängen erforderlich sind, um den Nachweis des Fußauflagers zu erfüllen. Die Einspannwirkung in den FEM-Berechnungen fällt geringer aus, als dies bei einer analytischen Berechnung nach Blum der Fall ist.

Assessment of verification concepts acc. to EC7 for excavation retaining walls in sand based on the finite element method
The current draft of the new version of EN 1997 distinguishes for the numerical calculations of retaining structures between verification approaches with different application of partial safety factors: either on the effects of actions, or on the shear strength parameters of the soil. Comprehensive numerical studies based on the finite element method for representative system geometries were carried out and the results were evaluated. Various systems with different boundary conditions with regard to support, groundwater level, excavation depth and embedment depth were considered. Internal forces were determined for all systems. Overall, it was found that both verification methods deliver similar values for shear forces and bending moments along the wall. The two variants for the approach using reduction factors for the shear strength of the soil were compared; both variants yielded different results due to the different initial conditions with an a priori reduction of the shear parameters of the soil on the one hand and a reduction only in decisive calculation phases on the other. A comparison with the current analytical method according to Blum in accordance with the recommendations of the EAB showed that other embedment lengths are necessary in the FEM due to different stress distributions along the wall in order to fulfill the verification of the embedment length. The degree of earth support fixity in the FEM calculations is less than in an analytical calculation acc. to Blum.