Pfähle sind grundlegende Strukturelemente der Geotechnik. Sie dienen dazu, die Lasten von Überbauten auf tiefere, stabilere Boden- oder Gesteinsschichten zu übertragen, wenn die Tragfähigkeit der Oberflächenböden unzureichend ist. Im Gegensatz zu untiefen Fundamenten, die auf die Tragfähigkeit der Oberflächenböden angewiesen sind, übertragen Pfähle die Last auf tiefere Schichten. Dadurch bieten sie eine größere Stabilität bei schwächeren oder komprimierbaren Bodenverhältnissen. Diese Tiefgründungssysteme sind für zahlreiche Tiefbauprojekte unerlässlich, darunter Hochhäuser, Brücken und Offshore-Plattformen.
Mit RFEM 6, der fortgeschrittenen Statiksoftware von Dlubal Software, können Ingenieure Pfähle in einem Strukturmodell effizient und genau modellieren. Sie enthält einen speziellen Stabtyp namens „Pfähle” (Bild 1), mit dem sich diese Fundamentelemente effektiv darstellen lassen. Dieser Stabtyp wurde entwickelt, um sowohl die mechanischen Eigenschaften des Pfahls selbst zu simulieren, als auch seine Interaktion mit dem umgebenden Boden in der Gesamtkonstruktion zu berücksichtigen.
Durch die Auswahl des Stabtyps "Pfahl" (siehe Bild 1) können Sie die spezifischen Eigenschaften des Pfahls definieren. Dazu gehören seine Querschnittsform und seine Abmessungen (siehe Bild 2). RFEM 6 bietet Ihnen die Flexibilität, die Geometrie des Pfahls festzulegen: Sie können zwischen kreisförmig, quadratisch oder einer an das Projekt angepassten Sonderform wählen. Sie können detaillierte Parameter wie Durchmesser oder Breite, Materialeigenschaften (z. B. Beton oder Stahl) und Länge eingeben. Darüber hinaus können Sie im Navigator vordefinierte Materialien und Querschnitte auswählen.
Im Gegensatz zur Registerkarte "Querschnitt", die in Bild 2 dargestellt ist und für alle Stabtypen verfügbar ist, ist die Registerkarte "Pfahl" ausschließlich für Pfähle vorgesehen. Denn hier kann der Widerstand des Pfahls definiert werden (siehe Bild 3). Dies ist unerlässlich, um den Mechanismus zu verstehen, mit dem der Pfahl Lasten auf den umgebenden Boden überträgt.
Der Widerstand, den der Boden dem Pfahl entgegensetzt, lässt sich in zwei Komponenten unterteilen: den Mantelwiderstand (auch Pfahlmantelwiderstand genannt) und den Fußpunktwiderstand. Beide spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Tragfähigkeit eines Pfahls. Dies spiegelt sich auch in den Eingaben wider, die Sie in dem in Bild 4 gezeigten Fenster vornehmen müssen.
Der primäre Mechanismus, durch den ein Pfahl die Last auf den umgebenden Boden überträgt, ist die sogenannte Mantelreibung. Diese entsteht durch die Reibungskräfte zwischen der Pfahloberfläche und dem angrenzenden Boden. Dieser Widerstand verteilt sich über die gesamte Länge des Pfahls und variiert je nach Eigenschaften von Boden und Pfahlmaterial. Um den Widerstandstyp des Pfahls zu definieren, müssen Sie daher zunächst die Schubwiderstandsverteilung entlang des Pfahls festlegen. Sie können zwischen trapezförmig und variabel wählen (Bild 4).
Als Nächstes legen Sie bitte die Werte für die Schubfestigkeit und die Schubsteifigkeit fest. Die Schubfestigkeit gibt an, welche maximale Schubspannung der Boden standhalten kann, bevor er versagt. Die Schubsteifigkeit beschreibt den Widerstand des Bodens gegen Schubverformung, wenn sich der Pfahl relativ zu ihm bewegt. Ebenso müssen Sie die Parameter für den Widerstand der Fundamentplatte definieren. Dazu gehören die Normalfestigkeit und die axiale Steifigkeit. Zunächst können diese Parameter anhand der unten angegebenen Formeln bestimmt werden. Später können sie auf der Grundlage einer Last-Verformungs-Kurve aus Feldtests oder Normen angepasst werden, um das gewünschte Pfahlverhalten zu erreichen.
Schlusswort
RFEM 6 ist eine leistungsstarke und effiziente Plattform für die geotechnische Berechnung und Bemessung von Pfahlgründungen. Mit ihren umfassenden Tools ermöglicht die Software eine genaue Modellierung des Pfahlverhaltens, die Simulation von Boden-Pfahl-Interaktionen und die Durchführung wichtiger Nachweise. Diese werden in einem der nächsten Knowledge-Base-Artikel näher erläutert. Durch die Integration fortgeschrittener geotechnischer Analysen in eine einheitliche Modellierungsumgebung unterstützt RFEM 6 Ingenieure dabei, sichere und effiziente Pfahlgründungen zu bemessen, die auch unter schwierigen Bodenverhältnissen strukturelle Stabilität und optimale Leistung sicherstellen.
