15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 117 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Daniel Reinert, M. Sc. Bergische Universität Wuppertal Dr. Moritz Schwing Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Dipl.-Ing. Eva Dornecker Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Fabian Heidenreich, M. Sc. Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Herten Bergische Universität Wuppertal Zusammenfassung Bei der Prognose des Herauszieh-Widerstands von Verpressankern mithilfe der Ostermayer-Diagramme bleiben Faktoren wie der mögliche Einfluss des Herstellungsverfahrens und des Überlagerungsdrucks unberücksichtigt. Bisherige Erfahrungen aus Untersuchungs- und Eignungsprüfungen an Verpressankern zeigen eine große Streuung der Herauszieh- Widerstände, die zum Teil außerhalb der in den Ostermayer-Diagrammen dargestellten Bandbreite liegen. Zum besseren Verständnis der Einflussfaktoren wurden Modellversuche mit sehr dicht gelagertem Sand durchgeführt. Dazu wurden Verpressanker in einem Versuchsbehälter mit unterschiedlichen Überlagerungs- und Verpressdrücken hergestellt und anschließend die Herauszieh-Widerstände dieser Modellverpressanker durch modifizierte Untersuchungsprüfungen ermittelt. Es werden die ersten Versuchsergebnisse zum Einfluss des Überlagerungs- und Verpressdrucks auf die Herauszieh-Widerstände sowie die Entwicklung der Radialspannungen im Boden während der Herstellung der Verpressanker und der Untersuchungsprüfung vorgestellt. 1. Einführung Die Ostermayer-Diagramme [1] sind seit mehreren Jahrzehnten ein zentrales Instrument zur Abschätzung des Herauszieh-Widerstands von Verpressankern. Die darin angegebenen Tragfähigkeitsbereiche basieren auf den Ergebnissen von Untersuchungsprüfungen aus den 1960er und 1970er Jahren. Für nichtbindige Böden hängt der Herauszieh-Widerstand in den Ostermayer-Diagrammen von der Verpresskörperlänge und einzelnen Bodenkenngrößen (Korngrößenverteilung und Lagerungsdichte) ab. Bisherige Erfahrungen aus Prüfungen an Verpressankern in nichtbindigen Böden zeigen zum Teil Herauszieh-Widerstände, die außerhalb der von Ostermayer angegebenen Bandbreite liegen. In den Ostermayer-Diagrammen werden einige Faktoren, wie z. B. der mögliche Einfluss des Verpressdrucks, des Herstellungsverfahrens und des Überlagerungsdrucks, nicht berücksichtigt. 2. Rechnerische Ansätze zur Abschätzung der Ankertragfähigkeit 2.1 Ansätze aus der Literatur Seit Beginn der Verwendung von Verpressankern wurde versucht, die Ankertragfähigkeiten mithilfe bodenmechanischer Ansätze zu erklären. In der Literatur finden sich eine Vielzahl von Ansätzen (z. B. von Werner-[2] oder Mayer-[3]), die auf den Ausführungen von Zweck-[4] basieren. In den Ansätzen werden die mittleren Schubspannungen t m entlang der Mantelfläche des Verpresskörpers (p- ·-D- ·-L) abgeschätzt und der Herauszieh-Widerstand R cal berechnet zu: R cal =t m -·-p-·-D-·L (1) Die mittleren Schubspannungen t m (Mantelreibung) werden bei diesen Ansätzen für nichtbindige Böden wie folgt berechnet: t m =σ′ rad -·-tan (ϕ) (2) 118 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Zweck-[4] hat einen einfachen Berechnungsansatz aufgestellt, nach dem sich die Kontaktspannung σ′ rad an der Kontaktfläche zwischen Verpresskörper und Boden in Abhängigkeit des durchschnittlichen effektiven Überlagerungsdrucks ergibt. Er zeigte in dem Zusammenhang jedoch, dass die nach diesem Ansatz ermittelte Mantelreibung ein Vielfaches kleiner ist als die Mantelreibungen, die sich aus der Rückrechnung aus den in den Prüfungen ermittelten Herauszieh-Widerständen ergeben. Um diese Unterschiede zu erklären, wurden komplexere Ansätze entwickelt, die auch weitere Parameter berücksichtigen. Auf der Grundlage von Modellversuchen schätzte Werner-[2] die Tragfähigkeit mit einer Kombination von Koeffizienten ab, die einen Einfluss des Überlagerungsdrucks, der Lagerungsdichte des Bodens sowie der Schlankheit (Verhältnis von Länge zu Durchmesser) des Verpresskörpers berücksichtigen. Der Einfluss des Verpressdrucks wurde in anderen Veröffentlichungen behandelt. Mayer-[3] ging in seiner Veröffentlichung von einem unterproportionalen Einfluss aus. Littlejohn-[5] führte anstelle der Kontaktspannung σ′ rad einen umfassenden Faktor ein. Dieser Faktor soll die Auswirkungen des Herstellungsverfahrens, des Überlagerungs- und Verpressdrucks, der Schlankheit des Verpresskörpers und des Dilatanzverhaltens des Bodens berücksichtigen. Littlejohn gab jedoch ohne eine weitere Differenzierung nach Einflussfaktoren nur eine Bandbreite des Faktors für alle Einflussfaktoren an. Ein anderer Ansatz liegt der Theorie von Wernick-[6] zugrunde, nach der die Überlagerungstiefe ab einem Grenzwert von mehreren Metern keinen relevanten Einfluss mehr auf die Ankertragfähigkeit hat. Nach dieser Theorie ist die Zunahme der Radialspannungen, infolge des dilatanten Verhaltens während des Ankerauszugs, der Hauptfaktor, der den Herauszieh-Widerstand von Ankern bestimmt. Wernick hebt den bedeutenden Einfluss der Lagerungsdichte des Bodens hervor, da diese das Dilatanzverhalten und folglich den Herauszieh-Widerstand maßgeblich beeinflusst. In [1] gab Ostermayer als Verhältnis der berechneten Schubspannungen aus Überlagerungsdruck und versuchstechnisch bestimmten Schubspannungen einen Wert von 2 bis 10 an. Dieses begründet er mit dem Dilatanzverhalten der dichten Böden. 2.2 Bewertung der Ansätze Abgesehen von Werner- [2] wurde in den zuvor aufgeführten Ansätzen jeweils eine einzelne Einflussgröße isoliert betrachtet. Diese wurde in den zugrunde liegenden Versuchsreihen variiert, während die anderen Parameter konstant gehalten wurden. Oft wurden diese Parameter dabei jedoch so definiert, dass sie in den Versuchen nicht realitätsnah sind. Es ist fraglich, ob die in den Versuchen ermittelten Auswirkungen der untersuchten und variierten Einflussgrößen auch unter realitätsnäheren Bedingungen auftreten würden. Werner-[2] betrachtete beispielsweise unterschiedliche Überlagerungsdrücke, vernachlässigte dabei jedoch das Verpressen. Wernick-[6] variierte die Lagerungsdichte, brachte aber bei seinen Versuchen keinen Überlagerungs- oder Verpressdruck auf. Mayer-[3] variierte den Verpressdruck und brachte einen Überlagerungsdruck auf, variierte diesen jedoch nicht und beschränkte seine Versuche auch auf Anker oberhalb des Grundwasserspiegels. Um das Tragverhaltens von Verpressankern besser zu verstehen, wurden neue Versuche durchgeführt. 3. Versuchsaufbau & -durchführung 3.1 Grundsätzliche Festlegungen Bei den Untersuchungen lag der Fokus auf dem Einfluss des Überlagerungs- und Verpressdrucks. Bei allen Versuchen wurde als Versuchsboden ein Sand mit einer sehr hohen Lagerungsdichte eingebaut. Aufgrund des hohen versuchstechnischen Aufwands wurde auf die Herstellung des Ankers durch eine Bohrung verzichtet. Stattdessen wurde die Verrohrung bereits zu Beginn eingestellt und anschließend der Boden eingebaut. Um eventuelle Unterschiede in der Tragfähigkeit besser auf den Einfluss des Überlagerungs- und Verpressdrucks zurückführen zu können, wurden die radialen Spannungen im Boden im näheren Umfeld des Verpresskörpers während aller Herstellungsphasen sowie während des Auszugsversuchs gemessen. Zusätzlich wurden zwei Herstellungsverfahren getestet. Zum einen ein vollständiges Ziehen der Verrohrung mit anschließendem Verpressen, (Kapitel-3.3) und zum anderen ein konstantes Ziehen der Verrohrung während dem Verpressen (Kapitel 3.4) in Anlehnung an die Versuche von Mayer-[3]. Das vollständige Ziehen der Verrohrung in den Modellversuchen soll das in der Praxis angewendete schrittweise Ziehen der Verrohrung vor dem Verpressen von Teilabschnitten des Verpresskörpers simulieren und wird deshalb nachfolgendend als abschnittsweises Verpressen bezeichnet. 3.2 Versuchsaufbau und verwendete Materialien Die Modellanker wurden in einem zylindrischen Versuchsbehälter mit einem Durchmesser von 105-cm und einer Höhe von ca. 95-cm, der von Heidenreich & Herten-[7] konzipiert wurde, hergestellt (Abbildung-1). 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 119 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Abb. 1: Schematischer Auf bau des Versuchsstandes. Die vertikalen Verpresskörper waren 40- cm lang und hatten einen Durchmesser von ca. 9-cm. Bei den Versuchen wurde ein eng gestufter Sand (0,063 - 2-mm) mithilfe eines Trichters mit konstanter Fallhöhe eingerieselt, sodass eine gleichmäßige Dichte über die gesamte Schichthöhe von ca. 70-cm erreicht wurde. Die tatsächlich erreichte mittlere Dichte wurde über die eingebaute Masse und das Volumen des Behälters berechnet. Anschließend wurde der Sand mit Wasser gesättigt und mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit von 10-⁵-m/ s und einer Wassertemperatur von 10°C durchströmt. Um eine gleichmäßige Durchströmung über den Querschnitt des Behälters zu ermöglichen, wurden oberhalb und unterhalb des Bodens Drainageschichten angeordnet. Den oberen Abschluss des Behälters bildete ein Druckluftkissen, mit dem verschiedene Auflastspannungen aufgebracht wurden. Abb.-2: Erddrucksensoren innerhalb einer Messebene. Zur Messung der Radialspannungen σ′ rad wurden jeweils vier Erdrucksensoren (Membranfläche: ∅ 46-mm) in zwei Messebenen angeordnet. Die untere Ebene befand sich 13-cm und die obere Ebene 28-cm über dem unteren Ende der Verpresskörper, in radialen Abständen von 3, 5, 10 und 15-cm zur Mantelfläche des Verpresskörpers. Abbildung-2 zeigt den Einbau der Sensoren in einer Messebene. Die Verpresskörper wurden mit einem Portlandzement und einem Wasserzementwert von 0,5 hergestellt. Als Zugglieder kamen Gewindestangen (nach DIN-976- 1 [8]) zum Einsatz. 3.3 Herstellung mit abschnittsweisem Verpressen Für die spätere Auswertung wurden der Herstellungsablauf und der Auszugsversuch in sechs Phasen unterteilt, wie in Abbildung-3 dargestellt. Phase-1: Die Verrohrung mit glatter Oberfläche wurde zunächst mittig im Versuchsbehälter auf eine Folie auf einen Zentrierklotz gestellt, um Verbundspannungen zur Unterseite des späteren Verpresskörpers zu vermeiden. Anschließend wurde der Sand oberhalb der Drainageschicht eingerieselt. Das Einrieseln wurde dabei auf der Höhe der beiden Messebenen unterbrochen, um die Erddrucksensoren einzubauen und auszurichten. Nach dem vollständigen Einrieseln des Sandes wurde eine weitere Drainageschicht eingebaut und anschließend der Deckel mit dem darunterliegenden Druckluftkissen kraftschlüssig mit dem Behälter verbunden. Anschließend wurde der für den jeweiligen Versuch vorgesehene Überlagerungsdruck über das Druckluftkissen auf den Boden aufgebracht. Phase-2: Der Versuchsbehälter wurde von unten mit Wasser aufgesättigt und anschließend an einen Kühlkreislauf angeschlossen. Das Wasser wurde auf die Zieltemperatur von 10 °C heruntergekühlt. Phase-3: Die Gewindestange wurde mithilfe einer Zentriervorrichtung in der Mitte der Verrohrung fixiert. Anschließend wurde die Verrohrung im Kontraktorverfahren mit Zementleim befüllt und danach mit konstanter Geschwindigkeit 40-cm gezogen. Phase-4: Der Verpressdruck wurde durch Druckluft über das obere Ende der Verrohrung auf den Zementleim aufgebracht. Der Druck wurde innerhalb von 10-Sekunden auf den Solldruck erhöht, für 5-Minuten konstant gehalten und dann wieder abgelassen. Phase- 5: Die Verpresskörper härteten sieben Tage im Versuchsbehälter mit gesättigtem Boden und konstanter Wassertemperatur aus. Phase-6: Zur Bestimmung des Herauszieh-Widerstands des Modellankers wurde ein kraftgesteuerter Auszugsversuch durchgeführt. Bei diesem Versuch wurde die Kraft alle 5-min schrittweise um 1-kN bis auf 20-kN erhöht. Ab 20-kN wurde die Kraft weiter alle 5-min um 0,5-kN bis zum Versagen erhöht. Nach dem Auszugsversuch wurde der Verpresskörper ausgegraben und dessen Durchmesser in Abständen von 5-cm über die gesamte Höhe gemessen. 3.4 Herstellung mit kontinuierlichem Verpressen Bei diesem Herstellungsverfahren blieben die Phasen 1, 2, 5 und 6 unverändert. Die Phasen-3 und 4 wurden jedoch durch eine modifizierte Phase-4 ersetzt: 120 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Abb.-3: Herstellungsablauf bei abschnittsweisem Verpressen und Auszugsversuch des Verpressankers unterteilt in sechs Phasen. Tab. 1: Variierte Einflussgrößen und weitere Kenngrößen der Modellversuche Versuchsnummer Versuchsbezeichnung Mittlere Dichte in g/ cm 3 Überlagerungsdruck in kN/ m² Verpressdruck in kN/ m² Verpressen Herauszieh- Widerstand in kN 1 100/ 300-1 1,80 100 300 abschnittsweise 21,0 2 300/ 300-1 1,82 300 300 abschnittsweise 38,9 3 100/ 600-1 1,81 100 600 abschnittsweise 19,9 4 300/ 300-2 1,81 300 300 abschnittsweise 35,9 5 300/ 300-3 1,80 300 300 abschnittsweise 38,5 6 300/ 300-4 1,79 300 300 abschnittsweise 36,4 7 100/ 100-1 1,78 100 100 abschnittsweise 18,0 8 100/ 600-2 1,79 100 600 abschnittsweise 20,4 9 500/ 600-1 1,78 500 600 abschnittsweise 49,2 10 300/ 300-5 1,78 300 300 kontinuierlich 49,3 Modifizierte Phase- 4: Die Gewindestange wurde mithilfe einer Zentriervorrichtung in der Mitte der Verrohrung fixiert. Anschließend wurde die Verrohrung im Kontraktorverfahren mit Zementleim befüllt. Danach wurde der Verpressdruck durch Druckluft über das obere Ende der Verrohrung auf den Zementleim aufgebracht. Unter Verpressdruck wurde die Verrohrung mit konstanter Geschwindigkeit 40-cm gezogen. Danach wurde der Verpressdruck noch für fünf Minuten konstant gehalten und danach abgelassen. 4. Versuchsergebnisse 4.1 Vorbemerkungen Insgesamt wurden bisher zehn Modellversuche durchgeführt: neun mit abschnittsweisem und einer mit kontinuierlichem Verpressen. In Tabelle-1 werden der Überlagerungs- und Verpressdruck (beide Einflussgrößen wurden während der Versuche variiert) sowie die mittlere Dichte des Bodens und die erreichten Herauszieh-Widerstän- 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 121 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden de der Verpressanker aufgelistet. Die Versuche Nr.-1 - 4 wurden ohne die Erddrucksensoren und Wasserkühlung durchgeführt. Der Einbau der Sensoren in den Versuchen Nr.-5 - 10 führte dazu, dass der Sand eine etwas geringere, aber immer noch sehr dichte bezogene Lagerungsdichte (I D -≈-0,95 statt I D -≈-1,0 gemäß ISO-14688-2 [9]) hatte. 4.2 Herauszieh-Widerstände Der Vergleich der Herauszieh-Widerstände der vier Modellversuche unter den Versuchsbedingungen 300/ 300 (Überlagerungs-/ Verpressdruck) mit abschnittweisem Verpressen (Versuche 2, 4, 5 & 6 nach Tabelle-1) zeigt, dass der Versuchsauf bau unter diesen Versuchsbedingungen reproduzierbare Herauszieh-Widerstände liefert. Die Standardabweichung von 1,3-kN entspricht ca.-3-% des Mittelwerts. In Abbildung-4 werden die Herauszieh-Widerstände der Versuche mit abschnittsweisem Verpressen in Abhängigkeit des Überlagerungsdrucks dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Überlagerungsdruck den Herauszieh- Widerstand signifikant beeinflusst. Die Versuchsergebnis deuten auf einen annähernd linearen Zusammenhang hin. Die lineare Korrelation ist mit R 2 -=-0,973 sehr hoch. Abb.-4: Zusammenhang zwischen Überlagerungsdruck und Herauszieh-Widerstand bei Versuchen mit abschnittsweisem Verpressen. Der Einfluss des Verpressdrucks wurde an vier Versuchen mit abschnittsweisem Verpressen und einem konstanten Überlagerungsdruck von 100-kN/ m² untersucht (Versuche-1, 3, 7 & 8). Die Ergebnisse (Tabelle-1) zeigen keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Verpressdruck und dem Herauszieh-Widerstand. Es wird vermutet, dass dies durch die unrealistischen Versuchsbedingungen (sehr hohe Lagerungsdichte, sehr geringer hydrostatischer Druck des Zementleims), die beim Ziehen der Verrohrung zu einem Spannungsabfall im Boden führen, begründet ist. Ein Vergleich des Herauszieh-Widerstands, der bei Versuch Nr.- 10 mit kontinuierlichem Verpressvorgang ermittelt wurde, mit den Werten der anderen vier Versuche unter den Versuchsbedingungen 300/ 300 (Versuche 2, 4, 5 & 6) zeigt, dass die Art, wie der Verpressvorgang durchgeführt wurde, - zumindest unter diesen Versuchsbedingungen - einen signifikanten Einfluss auf den Herauszieh-Widerstand hat. Bei dem Versuch mit kontinuierlichem Verpressen wurde ein Herauszieh-Widerstand gemessen, der den mittleren Herauszieh-Widerstand der vier Versuche mit abschnittsweisem Verpressen um mehr als 30-% übersteigt. Ein Effekt der Wasserkühlung auf die Tragfähigkeit konnte in separaten Auswertungen nicht festgestellt werden. 4.3 Verpresskörpergeometrie In Abbildung- 5 sind die gemessenen mittleren Radien der Verpresskörper (nachfolgend als Bezeichnung für Zementkörper mit anhaftenden Sandkörnern verwendet) in Abhängigkeit zur Höhe des Körpers dargestellt. Pro Messquerschnitt wurde ein Mittelwert aus den Messwerten der Versuche unter gleichen Versuchsbedingungen gebildet (der farblich hervorgehobene Bereich entspricht der Umhüllenden aller Messwerte unter diesen Versuchsbedingungen). Aus der Abbildung geht hervor, dass die Verpresskörper aus Versuchen mit gleichem Verpressdruck (bei abschnittsweisem Verpressen), aber höherem Überlagerungsdruck, kleinere Radien aufweisen. Abb.-5: Mittlere Radien der Verpresskörper in Abhängigkeit der Höhe (gestrichelte Line Außenkante der Verrohrung; farblich hervorgehobener Bereich Umhüllende). Anhand der Darstellung in Abbildung-5 ist erkennbar, dass die abschnittsweise hergestellten Verpresskörper am oberen Ende eine Aufweitung gegenüber dem Mittelwert aufwiesen. Bei dem Verpresskörper, der unter kontinuierlichem Verpressen hergestellt wurde (Versuch 300/ 300- 5), wurden im Bereich von 0 - 30-cm die größten Radien aller betrachteten Verpresskörper gemessen. Auffällig ist, dass die Radien dieses Verpresskörpers im oberen Bereich kleiner waren als im Bereich von 0 - 30-cm. Auf die tatsächlichen Radien der Verpresskörper lässt sich jedoch nur eingeschränkt schließen, da die anhaftenden Sandkörner an dem Zementkörper in die Messungen 122 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden einbezogen wurden. Somit lässt sich nicht eindeutig ableiten, ob sich das Bohrloch infolge des Verpressens aufgeweitet hat und wie groß die Unterschiede dabei zwischen den beiden untersuchten Herstellungsverfahren sind. 4.4 Erddruckspannungen bei Versuch 500/ 600-1 Die Auswertung der Erddruckspannungen soll Hintergründe für die unterschiedlichen Herauszieh-Widerstände und Verpresskörperradien aufzeigen. Dazu werden zunächst nur die Messwerte des Versuchs 500/ 600-1 betrachtet, um erste Systematiken in der Radialspannungsentwicklung während der sechs definierten Herstellungsphasen abzuleiten. In Abbildung-6 sind die gemessenen Radialspannungen am Ende der Phasen-1 bis 6 in Abhängigkeit vom radialen Abstand zur Mantelfläche des Verpresskörpers dargestellt. Die Darstellung erfolgt getrennt nach unterer und oberer Messebene (13 & 28- cm über unterem Ende des Verpresskörpers angeordnet). Die in Abbildung-6 dargestellten Spannungen am Ende von Phase-4 wurden fünf Minuten nach dem Ablassen des Verpressdrucks gemessen und die Spannungen am Ende von Phase-6 wurden gemessen, als der maximale Herauszieh-Widerstand erreicht war. Abb.-6: Gemessene Radialspannungen im Boden bei Versuch 500/ 600-1 am Ende der Phasen-1 bis 6 in Abhängigkeit vom Abstand zur Mantelfläche des Verpresskörpers (gestrichelte Linie = mittlere Initialspannungen in Phase 2). Die Ergebnisse zeigen, dass die mittleren, durch den Überlagerungsdruck hervorgerufenen, radialen Anfangsspannungen (in Phase-2 ermittelt und nachfolgend als Initialspannungen bezeichnet; gestrichelte Linien in Abbildung-6) in der unteren Messebene niedriger waren als in der oberen Messebene. Dies ist vermutlich auf eine Übertragung eines Teils der Spannungen auf die Verrohrung und die Behälterwände zurückzuführen und muss bei den weiteren Auswertungen berücksichtigt werden. Nach der Sättigung des Sandes verringerte sich die Varianz der Spannungen innerhalb einer Messebene im Vergleich zu Phase-1. Dies wird auf eine Verringerung der lokalen Inhomogenitäten im Sand um die Membranflächen der Sensoren durch die Aufsättigung zurückgeführt. Nach dem Ziehen der Verrohrung (Phase-3, bei der nur der hydrostatische Druck im Zementleim wirkte) kam es zu einem starken Abfall der Radialspannungen in beiden Messebenen. In einem Abstand von 3-cm führte dies zu einer Spannungsreduktion um ca. 80-%, wobei dieser Abfall mit zunehmendem Abstand zur Verrohrung abnahm. Der durch den Verpressvorgang in Phase-4 verursachte Spannungsanstieg war kleiner als der vorherige Abfall durch das Ziehen. Auffällig ist, dass in der unteren Messebene praktisch kein Spannungszuwachs auftrat, während in der oberen Messebene ein leichter Anstieg erkennbar ist. Um diesen Effekt genauer zu untersuchen, wird nachfolgend die Spannungsentwicklung in Phase- 4 im Detail nach Beginn des Verpressvorgangs betrachtet. In Abbildung-7 ist die zeitliche Entwicklung der gemessenen Radialspannungen während der Auf bringung des Verpressdrucks dargestellt (die Zeitskala ändert sich nach 40-Sekunden). Abb.-7: Zeitliche Entwicklung der gemessenen Radialspannungen bei Versuch 500/ 600-1 nach Beginn des Verpressvorgangs (Phase-4) (UME = untere Messebene, OME = obere Messebene, r-=-radialer Abstand zum Verpresskörpermantel in cm). Wie in Abbildung-7 dargestellt, schlug sich die Druckbeaufschlagung in den radialen Spannungen als Peak nieder. In der unteren Messebene fiel der radiale Spannungszuwachs nach wenigen Sekunden wieder auf nahezu den Anfangswert ab, obwohl der Druck weiterhin auf den Zementleim wirkte. In der oberen Messebene fiel der Druck ebenfalls ab, näherte sich dann aber asymptotisch einem höheren Spannungsniveau als in der unteren Messebene an. Abbildung-6 zeigt, dass die radialen Spannungen in 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 123 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden der oberen Messebene, nachdem der Verpressdruck abgelassen wurde, leicht weiter auf die für Phase-4 dargestellten Werte sanken. Die auf sieben Tage festgelegte Erhärtungszeit führte in beiden Messebenen zu einem Anstieg der Erdruckspannungen (Differenz zwischen den Werten der Phasen-4 und 5). Dies wurde besonders durch die Messungen in den radialen Abständen von 3- cm und 5- cm deutlich. Obwohl die Zunahme dort den Spannungszuwachs infolge des Verpressvorgangs überstieg, lagen die Spannungen noch unterhalb der Initialspannungen. Aufgrund der Spannungsdifferenzen wird angenommen, dass der Zementkörper (Verpresskörper ohne anhaftende Sandkörner) kleiner war als die Verrohrung. Abb.-8: Gemessene und skalierte Radialspannungen im Boden in den Abständen von 3, 5, 10 & 15-cm zur Mantelfläche der Verpresskörper am Ende der Phasen-1 bis 6 bei Versuchen mit abschnittsweisem Verpressen (gestrichelte Linie = mittlere radiale Initialspannungen). 124 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Während des Auszugsversuchs in Phase-6 wurde ein signifikanter Spannungsanstieg gemessen, der mit den Beschreibungen von Wernick- [6] und Mayer- [3] übereinstimmt. Kurz vor dem Versagen des Verpressankers beim Erreichen des maximalen Herauszieh-Widerstands ergab sich ein Anstieg der Radialspannungen auf mehr als das Doppelte des Initialzustandes bis zu einem Abstand von 10-cm zur Verrohrung in der oberen Ebene bzw. bis zu 5-cm zu der Verrohrung in der unteren Ebene. 4.5 Versuchsübergreifende Auswertung der Erdruckspannungen Um die Unterschiede in der Spannungsentwicklung infolge der Variation der Überlagerungs- und Verpressdrücke bei den Versuchen mit abschnittsweisem Verpressen zu veranschaulichen, wurden die Radialspannungen aus den Modellversuchen, die mit Erddrucksensoren durchgeführt wurden (Versuchsbedingungen 100/ 100, 100/ 600, 300/ 300 und 500/ 600), nach demselben Verfahren wie in Kapitel-4.4 ausgewertet. In Abbildung-8 sind die Radialspannungen in den Phasen-1 bis 6 getrennt nach den Messebenen und den radialen Abständen der Erddrucksensoren zu dem Verpresskörper dargestellt. Die Diagramme in den beiden oberen Reihen der Abbildung zeigen die gemessenen radialen Spannungen. Um die Unterschiede der Initialspannungen in den beiden Messebenen auszugleichen, sind die Radialspannungen in den Diagrammen der unteren beiden Reihen auf diese Initialspannungen (Spannungen nach dem Aufsättigen in Phase-2) skaliert. Die Ergebnisse zeigen, dass der in Versuch 500/ 600-1 in Phase- 3 beobachtete Abfall der Spannungen bei allen untersuchten Kombinationen von Überlagerungs- und Verpressdruck auftrat und mit zunehmendem radialem Abstand geringer war. Betrachtet man die skalierten Radialspannungen, so fiel die Spannung im Abstand von 3-cm um ca.-70 - 80-% und im Abstand von 5-cm um ca.-50 - 70-% ab. Hinsichtlich der Auswirkung des Verpressens in Phase-4 zeigen die Messungen, dass die Radialspannungen in der oberen Messebene bei allen Versuchen bis zum Abstand von 5-cm leicht anstiegen. Eine genauere Betrachtung der skalierten Spannungen hebt insbesondere den Modellversuch mit den Versuchsbedingungen 100/ 600 hervor. In der oberen Messebene wurde dabei in den Abständen von 3 und 5-cm eine Verdoppelung der Spannungen festgestellt. Bei diesem Versuch ist auch in der unteren Ebene ein leichter Spannungsanstieg erkennbar. Die Betrachtung der Radialspannungen in Phase-5 zeigt, dass der Spannungsanstieg infolge der Erhärtung des Verpresskörpers für alle Versuchsbedingungen etwa gleich groß war. Bei den beiden Versuchen mit niedrigem Überlagerungsdruck (100/ 100 und 100/ 600) konnte das Niveau der Initialspannungen in der oberen Messebene in allen betrachteten radialen Abständen erreicht werden. Die maximalen Radialspannungen, die kurz vor dem Versagen der Verpressanker in Phase-6 gemessen wurden, waren bei allen Versuchen deutlich höher als in den vorherigen Phasen. Die skalierte Darstellung zeigt, dass die Radialspannungen zu diesem Zeitpunkt im Abstand von 3-cm alle mindestens das 2,5-fache der Initialspannungen erreichten. Es gab jedoch eine größere Streuung im Vergleich zu den Werten aus den zuvor betrachteten Phasen. Die Radialspannungen sind in der unteren Messeebene besonders im Abstand von 5-cm auffällig. Dort waren die Spannungen im Modellversuch 100/ 600 sogar niedriger als die in Versuch 100/ 100. Für die obere Messebene, in der eine Spannungserhöhung infolge des Verpressdrucks festgestellt wurde, ist zu erkennen, dass die Spannungen im Versuch 100/ 600 höher waren als in Versuch 100/ 100 (abgesehen von r-=-10). Generell wurden in Phase-6 in der oberen Messebene bei den Versuchen mit niedriger Initialspannung höhere skalierte Radialspannungen gemessen. Der Spannungszuwachs infolge des Auszugs wurde in der unteren Messebene im Abstand von 10 und 15-cm nur noch in geringerer Ausprägung gemessen. In der oberen Messebene hingegen bildete sich der Spannungszuwachs in diesen Abständen stärker aus. 4.6 Vergleich der Erddruckspannungen zwischen beiden Herstellungsverfahren Um die Unterschiede der Herauszieh-Widerstände und der mittleren Verpresskörperradien in Abhängigkeit des verwendeten Herstellungsverfahrens besser erklären zu können, werden nachfolgend die Erddruckspannungen der Versuche 300/ 300, die mit abschnittsweisem und kontinuierlichem Verpressen hergestellt wurden, analog zu Kapitel-4.5 dargestellt und ausgewertet. In Abbildung-9 sind hierfür die gemessenen Radialspannungen getrennt für beide Messebenen und die radialen Abstände dargestellt. Da bei dem kontinuierlichen Verpressen die Phasen-3 und 4 gleichzeitig erfolgten, wurden in den Diagrammen für diesen Versuch nur die Radialspannungen am Ende dieser kombinierten Phase herangezogen und bei Phase-4 aufgetragen. Es zeigt sich, dass es auch während dem kontinuierlichen Verpressen zu einem Spannungsabfall in den radialen Abständen von 3 und 5-cm gegenüber dem Initialzustand kam. Dieser fiel mit einem ähnlichen Spannungsabfall von ca. 20-% in beiden Messebenen jedoch deutlich geringer aus als der Spannungsabfall infolge des zeitlich versetzten Ziehens und Verpressens beim abschnittsweisen Verpressen (dort 70---80-%). Darüber hinaus lässt sich ableiten, dass der Spannungszuwachs infolge der Erhärtung (Phase-4 zu 5) im Abstand von 3-cm beim kontinuierlichen Verpressen, insbesondere in der unteren Messebene, höher ausfiel als beim abschnittsweisen Verpressen. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 125 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden Abb.-9: Gemessene Radialspannungen im Boden in den Abständen von 3, 5, 10 & 15-cm zur Mantelfläche der Verpresskörper am Ende der Phasen-1 bis 6 bei beiden Herstellungsverfahren unter den Versuchsbedingungen 300/ 300 (Überlagerungs-/ Verpressdruck). Der Vergleich für Phase-6 macht die Unterschiede der radialen Spannungen zwischen den beiden Herstellungsverfahren am deutlichsten sichtbar. Während sich die beim Auszug aufgetretenen maximalen Spannungen in der oberen Messebene kaum unterscheiden, wurden in der unteren Messebene beim Versuch mit kontinuierlichem Verpressen vor allem im Abstand von 3 und 5-cm deutlich höhere Spannungen gemessen. Im Abstand von 3-cm war die Maximalspannung mehr als doppelt so hoch wie im Versuch mit abschnittweisem Verpressen und übertraf sogar die Spannungen im selben Abstand in der oberen Messebene. Mit zunehmendem radialem Abstand verringerte sich jedoch dieser Unterschied. Somit kann davon ausgegangen werden, dass der höhere Herauszieh-Widerstand bei dem Versuch, bei dem kontinuierlich verpresst wurde, auf die höheren Spannungen im Bereich der unteren Messebene zurückzuführen ist und diese durch den geringeren Spannungsabfall während des Ziehens der Verrohrung hervorgerufen wurden. Diese Vermutung deckt sich mit der Feststellung aus Kapitel-4.3, dass der Verpresskörper beim kontinuierlichen Verpressen im unteren Bereich einen größeren Radius als beim abschnittweisen Verpressen ausbildete und dort somit größere (Ver-)Spannungen im Boden hervorrief. 5. Zusammenfassung Die Ergebnisse der Modellversuche in sehr dicht gelagertem Sand, bei denen abschnittweise verpresst wurde, führen zu den folgenden Schlussfolgerungen: • Es wurde eine hohe Korrelation zwischen dem Überlagerungsdruck (Bereich: 100---500-kN/ m²) und dem Herauszieh-Widerstand ermittelt. • Eine signifikante Erhöhung des Herauszieh-Widerstands infolge eines höheren Verpressdrucks konnte für den Bereich der aufgebrachten Verpressdrücke (100---600-kN/ m²) nicht festgestellt werden. • Bei einem konstanten Verpressdruck führte ein höherer Überlagerungsdruck zu einer Verringerung der Radien der Verpresskörper. • Das Ziehen der Verrohrung führte zu einem deutlichen Abfall der radialen Spannungen um 70---80-% in unmittelbarer Nähe zur Verrohrung. • Eine Spannungszunahme infolge des Verpressens konnte nur in einem kurzen Abschnitt unterhalb der Verrohrung festgestellt werden. Diese war jedoch weitaus geringer als der Spannungsverlust durch das Ziehen, sodass das Spannungsniveau weiterhin unterhalb der Initialspannungen lag. • Die Erhärtung des Verpresskörpers führte in den ersten sieben Tagen nach der Herstellung zu einer größeren Zunahme der Radialspannungen im Boden als der Verpressvorgang selbst. 126 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Einfluss des Verpressdrucks und der Überlagerungsspannung auf die Grenztragfähigkeit von Verpressankern in nichtbindigen Böden • Die maximalen Radialspannungen wurden im Boden durch das dilatante Verhalten beim Auszug mobilisiert. Diese stiegen bis zum Versagen auf das etwa 2,5bis 5-fache der Initialspannungen an. Ein Vergleich der Ergebnisse der Versuche mit abschnittsweisem und kontinuierlichem Verpressen bei einem Überlagerungs- und Verpressdruck von 300-kN/ m² (Versuche 300/ 300) führte zu folgenden weiteren Schlussfolgerungen: • Der Herauszieh-Widerstand des Versuchs mit kontinuierlichem Verpressen war ca. 30-% höher als der Mittelwert der Versuche mit abschnittsweisem Verpressen bei ansonsten gleichen Versuchsbedingungen. • Der Verpresskörper aus dem Versuch mit kontinuierlichem Verpressen wies einen über die Höhe relativ konstanten Radius auf, der lediglich im Bereich der Anschlussstelle zur Verrohrung geringer war. Alle Verpresskörper mit abschnittsweisem Verpressen wiesen abgesehen vom Bereich dieser Anschlussstelle einen kleineren Radius auf. • Das kontinuierliche Verpressen führte dazu, dass der Spannungsabfall nach dem Verpressen deutlich geringer war als bei der Herstellung mit abschnittweisem Verpressen. • Während des Auszugs der Verpresskörper konnten im Versuch mit kontinuierlichem Verpressen in der unteren Messebene bis einschließlich r-=-5-cm deutlich mehr Radialspannungen im Boden mobilisiert werden als im Versuch mit abschnittweisem Verpressen. In der oberen Messebene unterschieden sich die Radialspannungen in dieser Phase hingehen kaum. 6. Abschließende Einordnung und Ausblick Das Herstellungsverfahren mit abschnittweisem Verpressen, das in den meisten Versuchen angewendet wurde, kommt zwar auch in der Praxis zum Einsatz (dort mit mehreren Verpressabschnitten), wurde im Versuchsauf bau jedoch nicht realitätsnah nachgebildet. In situ ist der Erddruck im Ausgangszustand proportional zur Tiefe des Verpresskörpers im Baugrund. Da der hydrostatische Druck ebenfalls proportional zur Tiefe des Verpresskörpers unter Geländeoberkante ist, ist er meistens höher als die horizontale Komponente des Erddrucks. In den Versuchen mit abschnittsweisem Verpressen war der hydrostatische Druck während des Ziehens der Verrohrung jedoch deutlich geringer als der Erddruck, sodass sich der Boden in Richtung des Ankerlochs entspannen konnte. Ein besonders starker Spannungsabfall wurde bei diesen Versuchen in beiden Messebenen nach dem Ziehen der Verrohrung beobachtet. Ein Einfluss des Verpressvorgangs auf die Radialspannungen konnten dort nur lokal unterhalb der Verrohrung gemessen werden. Die Ergebnisse des Versuchs mit kontinuierlichem Verpressen, bei dem während des Ziehens ein Verpressdruck, der ähnlich hoch wie der Erddruck war, aufgebracht wurde, zeigen hingegen, dass ein gleichzeitiges Ziehen und Verpressen signifikante Unterschiede beim Herauszieh- Widerstand, der Geometrie des Verpresskörpers und den Erddruckspannungen sowie deren Entwicklungen hervorruft. Um diesen Effekt weitergehend zu untersuchen, sind derzeit neue Versuche geplant. Damit soll untersucht werden, wie sich eine Variation des Verpressdrucks bei einer Herstellung mit kontinuierlichem Verpressen auf die Spannungen während der Herstellungsphasen sowie auf den endgültigen Herauszieh-Widerstand und die Radien des Verpresskörpers auswirkt. Zusätzlich soll festgestellt werden, ob sich Unterschiede zu den Erkenntnissen aus den Versuchsreihen mit abschnittsweisem Verpressen ergeben. Literatur [1] H. Ostermayer: Construction, Carrying Behavior and Creep Characteristics of Ground Anchors. London: Institution of Civil Engineers, Diaphragm walls & anchorages 1974, S: 141-151. [2] H.-U Werner: Das Tragverhalten von gruppenweise angeordneten Erdankern. In: Die Bautechnik, 52(11) 1975, S. 387-390. [3] G. Mayer: Untersuchungen zum Tragverhalten von Verpressankern in Sand. Berlin: 1983 (Dissertation). [4] H. Zweck: Rückwärtige Verankerung von Baugrubenwänden. In: Haus der Technik 241 1970, S.-32- 49. [5] G. S. Littlejohn: Design Estimation of the Ultimate Load Holding Capacity of Ground Anchors. In: Ground Engineering, 13(8) 1980, S. 25-39. [6] E. Wernick: Zusammenhänge zwischen der Mantelreibung von zylindrischen Ankern und Ergebnissen von direkten Scherversuchen. In: Die Bautechnik, 54(8) 1977, S. 263-267. [7] F. Heidenreich, M. Herten: Auswirkungen von kalklösender Kohlensäure im Grundwasser auf den Neubau von fünf Schleusen an der Schleusentreppe Rheine. In: Technische Akademie Esslingen, 12. Kolloquium Bauen in Boden und Fels 2020, S. 367-367. [8] Deutsches Institut für Normung: DIN- 976-1 Mechanische Verbindungselemente - Gewindebolzen - Teil 1: Metrisches Gewinde. Berlin: 2016. [9] Deutsches Institut für Normung: DIN- EN- ISO 14688-2 Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden - Teil 2: Grundlagen für Bodenklassifizierungen. Berlin: 2020.