GGU-STABILITY: DIN 4084:2009 und GGU-STABILITY
Die DIN 4084 (Ausgabe Januar 2009) unterscheidet sich wesentlich von der bisher gültigen DIN 4084 aus dem Jahr 1981.
Im Jahr 1996 wurde die DIN 4084-100 (im weiteren Text als DIN 4084:1996 bezeichnet!) als Entwurf veröffentlicht, die ebenfalls das neue Teilsicherheitskonzept beinhaltete. In einem nicht veröffentlichten Beiblatt zu dieser Norm wurden neue Berechnungsverfahren (Verfahren der Starrkörperbruchmechanismen und die Blockgleitmethode) beschrieben und an Beispielen erläutert. Diese Verfahren wurden 1996 im Programm GGU-STABILITY implementiert. Diese Verfahren sind normenunabhängig und daher auch für das Globalsicherheitskonzept gültig.
Die DIN 4084:1996 enthielt ebenfalls komplett neue Beziehungen für die Ermittlung der
Standsicherheit nach Bishop und Janbu (kreisförmige und nicht kreisförmige Gleitflächen). Auf eine Umstellung auf diese Formeln wurde zunächst verzichtet und auf die offizielle Einführung
der DIN 4084:1996 gewartet. In GGU-STABILITY bedeutet daher die Bezeichnung "DIN 4084:1996", dass nach den in DIN 4084 aus dem Jahr 1981 veröffentlichten Formeln die Standsicherheit berechnet wird, allerdings mit den Definitionen des Teilsicherheitskonzeptes. Die Berechnung erfolgt mit Bemessungsgrößen φd und cd.
tan φd = tan φk / γφ
cd = ck / γc
φk und ck = charakteristische Werte der Scherfestigkeit
φd und cd = Bemessungswerte der Scherfestigkeit
Zudem müssen Verkehrslasten mit einer Teilsicherheit belegt werden (z.B. im Lastfall 1 mit dem Wert 1,3). Mit den entsprechend veränderten Werten erfolgt die Berechnung der Standsicherheit. Daraus ergibt sich eine Sicherheit η gemäß dem Globalsicherheitskonzept, jedoch bezogen auf die Bemessungswerte. Der Reziprokwert dieser "Globalsicherheit ηd" ergibt den Ausnutzungsgrad µ nach dem Teilsicherheitskonzept:
µ = 1 / ηd
Erst im Januar 2009 kam es zu einer verbindlichen Einführung des neuen Konzeptes. Die neue DIN 4084:2009 basiert wesentlich auf den in DIN 4084:1996 definierten Beziehungen. Allerdings sind auch teilweise wesentliche Änderungen vorhanden. Die komplett neuen Beziehungen sind in der aktuellen Version des Programms GGU-STABILITY vollständig umgesetzt.
Vergleichsberechnungen mit vorhandenen Beispielen in der Literatur und den bisher geltenden Nomen ergeben vernachlässigbar kleine Abweichungen zwischen alter und neuer Normung.
Neben den neuen Formeln für Bishop und Janbu besteht ein wesentlicher Unterschied zur alten Normung in der Definition des selbstspannenden Zuggliedes. Danach darf die Kraft aus einem Zugglied nur angesetzt werden, wenn die in nachfolgender Abbildung “Gültigkeit eines Zuggliedes (nach Bild 2 in DIN 4084:2009)” dargestellten Randbedingungen eingehalten sind.
Auszug aus DIN 4084:2009:
"Ein Zugglied gilt als selbstspannend, wenn sich der Gleitkörper, in dem sich der Kopf des Zuggliedes befindet, annähernd wie ein starrer Körper auf einer Gleitlinie bewegt und der Winkel ψA zwischen der Zuggliedachse und der ungünstigen Gleitlinie (siehe obige Abbildung) maximal folgende Werte erreicht:
bei locker gelagerten nicht bindigen Böden bzw. weichen bindigen Böden: ψA = 75°;
bei steifen bindigen Böden: ψA = 80°;
bei mitteldicht gelagerten nicht bindigen Böden und halbfesten bindigen Böden: ψA = 85°;
bei dicht gelagerten nicht bindigen Böden: ψA = 90°.
Bei selbstspannenden Zuggliedern ist die Zugkraft nach DIN 4084 7.2.1 zu ermitteln.
ANMERKUNG: Nicht selbstspannende Zugglieder, die nicht vorgespannt werden, haben keine Wirkung.
Bei einer von Zuggliedern gestützten Wand mit Winkeln ψA größer als den in 7.2.3.4 angegebenen Grenzwerten darf ein Zugglied mit beliebiger Neigung berücksichtigt werden, wenn sich die Wand aufgrund der Auflagerungsbedingungen im Fußbereich nur um einen waagerecht und senkrecht unverschieblichen Punkt im Fußbereich drehen kann. In diesem Fall muss als Zugkraft für den Nachweis ausreichender Geländebruchsicherheit diejenige Kraft angesetzt werden, die sich als erforderlich zur Aufnahme der Bemessungswerte der Erd- und Wasserdrücke ergibt."
Die beschriebenen Einstellungen können im unteren Teil der Dialogbox "Editor 1 / Teilsicherheiten..." verändert werden und gelten für alle Formen von Zuggliedern, die in GGU-STABILITY definiert werden können:
Wenn der Schalter "Wandfuß ist unverschieblich" aktiviert ist, werden in GGU-STABILITY die Angaben gemäß DIN 4084:2009 (siehe obige Abbildung) nicht beachtet.
Die Implementierung der neuen Normung erfolgte über einen Zeitraum von ca. zwei Monaten mit großer Sorgfalt. Wegen fehlender qualifizierter Beispiele konnte eine qualifizierte Überprüfung der Implementierung nicht erfolgen. Die Beispiele zur neuen DIN 4084:2009 sollen in 2013 vom Normenausschuss veröffentlicht werden.
Für die DIN 4084:1996 existieren 7 Beispiele, die allerdings nicht veröffentlicht wurden. Diese Beispiele werden als GGU-STABILITY-Dateien mit ausgeliefert.
"DIN 4084-100-1996 Bsp 1.boe"
bis
"DIN 4084-100-1996 Bsp 7.boe"
Die damals definierten Teilsicherheiten sahen noch unterschiedliche Werte für Reibungswinkel und Kohäsion vor
z.B. für den Lastfall 1
γφ = 1,25 und
γc = 1,60
Entsprechend enthalten auch die Beispiele diese unterschiedlichen Teilsicherheiten. Nach der neuen DIN 4084:2009 sind die Teilsicherheiten für Reibungswinkel und Kohäsion gleich.
z.B. für den Lastfall 1
γφ = 1,25 und
γc = 1,25
Die in den Beispielen berechneten Ausnutzungsgrade µ entsprechen daher nicht den Ausnutzungsgraden nach der aktuellen Normung.
Der Vergleich der Ergebnisse der Beispiele (DIN 4084:1996) mit den Ergebnissen von GGU-STABILITY ergibt eine hervorragende Übereinstimmung.