Vorversuche an Dübeln: So ermitteln Sie die Prüflast

Ein Vorversuch ist eine Baustellenprüfung an 5 Dübeln, die zeigt, ob ein Dübel die charakteristische Einwirkung N_Ek (die Last ohne Teilsicherheitsbeiwerte) in einem Untergrund aufnehmen kann, für den der Hersteller keine Daten hat. BS 8539:2012+A1:2021 bezeichnet dies in Anhang B.2.3.1 als vereinfachtes Verfahren für Prüfungen zum zulässigen Widerstand.

Er wird eingesetzt, wenn für den Untergrund kein Dübel mit passender Europäischer Technischer Bewertung (ETA) verfügbar ist – in der Praxis meist bei Mauerwerk – oder wenn der Zustand des Betons die Werte der ETA fraglich erscheinen lässt. Der Dübel muss dennoch ein Typ sein, den sein Hersteller für diese Untergrundkategorie freigibt. Die 5 Dübel werden nur bis zur Prüflast belastet, nicht bis zum Versagen, daher verursachen die Prüfungen weniger Schäden als Versagensprüfungen. Siehe wann Sie Baustellenprüfungen benötigen.

Die Dübel für einen Vorversuch werden eigens dafür gesetzt und nie am Bau verwendet. Setzen Sie sie in einen Untergrund, der dem am Bau entspricht, an einer Stelle, an der etwaige Schäden dem Tragwerk nicht schaden und repariert werden können. Halten Sie ausreichend Abstand zu den später genutzten Dübeln, bei beengten Verhältnissen nie weniger als 3 × h_ef.

Die Prüflast ist die charakteristische Einwirkung multipliziert mit einem Prüffaktor, geteilt durch den Abminderungsfaktor α_dist und den Zustandsfaktor Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (Gleichung B.4 der BS 8539)

• N_Ek, die charakteristische Einwirkung, ist die Last, die laut Bemessung auf einen Dübel wirkt, ohne Sicherheitsbeiwerte. Sie wird vom Planer vorgegeben.
• ν_test, der Prüffaktor, hängt vom Dübelwerkstoff, vom Untergrund und davon ab, ob die Last langfristig oder kurzfristig wirkt. Siehe Tabelle unten.
• α_dist, der Abminderungsfaktor, berücksichtigt Auflager der Prüfbrücke, die so nah am Dübel stehen, dass sie den Untergrund zusammenhalten und das Ergebnis erhöhen könnten. Er beträgt 1,0, wenn die Stützen weit genug auseinanderstehen. Siehe Auswahl der Prüfbrücke.
• Ω, der Zustandsfaktor, berücksichtigt Unterschiede zwischen Prüfung und tatsächlicher Nutzung, etwa eine Prüfung im Trockenen für einen Dübel, der später nass wird. Ω legt der Planer fest.

Unser Prüflastrechner führt diese Schritte für Sie durch.

Für Nylondübel gelten wegen des Kriechens höhere Faktoren. Unter lang andauernder Last verformt sich Nylon langsam. Ein Dübel, der die Prüflast kurzzeitig hält, kann daher im Einsatz trotzdem bei einer geringeren Last versagen.

Der Planer wählt Ω, indem er prüft, wie sich der tatsächliche Einsatz des Dübels vom Versuch unterscheidet. Jede Antwort ergibt einen Wert:

• Wie lange wirkt die Last? Bei kurzzeitigen Lasten, etwa bei der Verankerung von Gerüsten oder Industriekletterern, gilt Ω = 1,0. Bei einer dauerhaften Zuglast gilt Ω = 0,9.
• Ist der Dübel im Einsatz feuchter oder wärmer als im Versuch? Wird er im Einsatz feucht, aber trocken geprüft, gilt Ω = 0,8. Liegt die Einsatztemperatur über dem normalen Gebrauchstemperaturbereich des Herstellers, wird aber bei Normaltemperatur geprüft, gilt Ω = 0,8.
• Können die Dübel im Einsatz an schwächeren Stellen sitzen als die Prüfdübel? Bei einer verputzten Wand, an der die Fugen verdeckt sind oder die Dübel nicht sicher in den Steinen gesetzt werden können, und die Prüfdübel in Vollziegeln sitzen, gilt Ω = 0,75.
• Ist der Beton gerissen? Bei einem Dübel, der für Beton in der Zugzone bemessen ist, gilt Ω = 0,7.

Treffen mehrere Bedingungen zu, legt der Planer für den Fall einen einzigen Ω-Wert fest. Dieser Leitfaden enthält keine Regel für deren Kombination; wenden Sie sich an den Planer.

αdist hängt vom Stützweitenabstand adist und der effektiven Verankerungstiefe hef ab. adist wird bei Punktauflagern bis zur Achse gemessen, bei durchgehenden Auflagern als lichte Weite zwischen den Auflagern. Die Angaben von Staht – 127 mm für die Standardbrücken t25 und t60 sowie 375 mm und 575 mm für die breiteren Brücken – sind der lichte Abstand zwischen den Füßen entlang der Brücke (Staht-Datenblätter); auf dieser Grundlage beruht auch die in der Branche veröffentlichte Brückentabelle. Das liegt auf der sicheren Seite: Die Füße einer Vierbeinbrücke stehen tatsächlich weiter vom Dübel entfernt, sodass der lichte Abstand eine etwas höhere Prüflast ergibt, niemals eine niedrigere.

Bis h_ef = 150 mm. Beträgt adist mindestens 3 × hef, gilt αdist = 1,0. Ist adist kleiner als 3 × hef, aber größer als 1,5 × hef, gilt αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (Gleichung B.12 der BS 8539). BS 8539 begrenzt den erforderlichen Abstand zudem auf 450 mm, doch bis hef = 150 mm überschreitet 3 × hef nie 450 mm, sodass diese Begrenzung das Ergebnis nicht verändert. Beträgt adist 1,5 × hef oder weniger, ist die Brücke für dieses Verfahren zu schmal: Verwenden Sie eine breitere. In Beton muss bei einer Vorabprüfung außerdem das nächstgelegene Auflager mehr als 1,0 × hef vom Dübel entfernt sein, wie in Rechenbeispiel B geprüft wird.

Tiefer als 150 mm. Gleichung B.12 gilt nicht. Halten Sie in Beton das nächstgelegene Auflager mindestens 1,5 × hef vom Dübel entfernt, was einem adist von mindestens 3 × hef entspricht. In Mauerwerk gelten die Regeln für Ziegel und Steine. Nach EOTA TR 053 ist in mehrschaligen Wänden aus kleinformatigen Vollsteinen, etwa Vollziegeln, keine Abminderung nötig, sofern die Auflager mehr als 1,5 × hef auseinanderliegen und Raum für die Ausbildung des Versagens lassen. Siehe Auswahl einer Brücke.

hef ist die Tiefe bis zum untersten Punkt, an dem der Dübel im Untergrund hält. Bei Nylondübeln ist hef mit 50 % der nominellen Verankerungstiefe anzusetzen.

Ein Verbunddübel in Vollziegel trägt eine dauerhafte Zuglast. Der Planer gibt NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm und für die Dauerlast einen einzigen Ω-Wert von 0,9 vor. ν_test für einen Dübel, der kein Nylondübel ist, in Mauerwerk unter Langzeitbelastung beträgt 4.

Mit der Staht-Standardbrücke t25 (Stützweitenabstand a_dist = 127 mm, lichter Abstand zwischen den Füßen entlang der Brücke (Staht-Datenblatt)):

• 3 × hef = 180 mm, also mehr als 127 mm, daher gilt αdist. 127 mm ist mehr als 1,5 × h_ef (90 mm), daher gilt Gleichung B.12.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

Mit der Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm ist mehr als 3 × hef (180 mm), daher αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Die breitere Brücke beseitigt die Abminderung, sodass die Dübel mit 4,00 kN statt 4,86 kN geprüft werden. Setzen Sie im Mauerwerk die Brückenfüße auf die Steine neben dem Stein, in dem der Dübel sitzt. Siehe Prüfung in Mauerwerk.

Dübel für Industriekletterarbeiten werden in älteren Beton mit fraglichem Zustand gesetzt, daher fordert der Planer Vorabprüfungen. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, Kurzzeitbelastung, also Ω = 1,0. ν_test für einen Dübel, der kein Nylondübel ist, in Beton unter Kurzzeitbelastung beträgt 2.

• Mit der Staht-Standardbrücke t60 ist adist = 127 mm, der lichte Abstand zwischen den Füßen entlang der Brücke (Staht-Datenblatt); das ist weniger als 3 × hef (150 mm) und mehr als 1,5 × h_ef (75 mm), daher gilt Gleichung B.12.
• Das nächstgelegene Auflager liegt mit 63,5 mm weiter als 1,0 × h_ef (50 mm) entfernt, wie es Vorabprüfungen in Beton beim Belasten bis zur Prüflast erfordern.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Nylondübel sollen einen temporären Bauzaun an älterem Beton mit fraglichem Zustand halten, daher fordert der Planer Vorabprüfungen. NEk = 0,4 kN, Kurzzeitbelastung, also Ω = 1,0. Die nominelle Verankerungstiefe beträgt 70 mm, also hef = 35 mm. ν_test für Nylon unter Kurzzeitbelastung beträgt 3,5.

• Mit der Staht-Standardbrücke t25 ist adist = 127 mm, der lichte Abstand zwischen den Füßen entlang der Brücke (Staht-Datenblatt); das ist mehr als 3 × hef (105 mm), daher α_dist = 1,0.
• Das nächstgelegene Auflager liegt mit 63,5 mm weiter als 1,0 × h_ef (35 mm) entfernt.
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Halten alle 5 Dübel die Prüflast, darf die charakteristische Einwirkung als zulässiger Widerstand in diesem Untergrund angesetzt werden: NR,all = NEk (Gleichung B.5 der BS 8539). Der Dübel kann dann mit dieser Last eingesetzt werden.

Erreicht ein Dübel die Prüflast nicht, entscheidet der Planer über das weitere Vorgehen, und zwei Fragen geben den Ausschlag: Lassen sich bei der Anwendung einfach mehr Dübel setzen, etwa durch geringere Abstände? Und hat der Dübel nahe der Prüflast versagt, etwa oberhalb von 0,8 × N_test?

• Beides ja: Den Dübel beibehalten und mehr davon verwenden, mit einem niedrigeren zulässigen Widerstand, der wie unten beschrieben ermittelt wird.
• Eines davon nein: Die Spezifikation ändern – größerer Durchmesser, tiefere Verankerung oder ein anderer Dübeltyp – und dafür eine neue Reihe von Vorabprüfungen durchführen.

Ermittlung des niedrigeren zulässigen Widerstands:

1. Alle 5 Prüfdübel langsam bis zum Versagen belasten und jeweils die Last bei der ersten Verschiebung notieren. Um das Bauwerk zu schonen, können Sie bei etwa 1,0 mm Verschiebung abbrechen und diese Last als Versagenslast werten.
2. Aus der mittleren Versagenslast Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (Gleichung B.6).
3. Aus der niedrigsten Versagenslast Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (Gleichung B.7).
4. Den kleineren der beiden Werte verwenden, begrenzt auf die mittlere Last bei erster Verschiebung N_1st,m.
5. Dübelanzahl hochrechnen: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (Gleichung B.8), wobei n0 die ursprünglich geplante Anzahl ist. Aufrunden.

In Beispiel A mit der Brücke t25 betrug die Prüflast 4,86 kN. Ein Dübel versagt bei 4,2 kN, also oberhalb von 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, und bei der Anwendung lassen sich mehr Dübel setzen. Alle 5 werden bis zum Versagen belastet: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 und 6,4 kN. Die mittlere Last bei erster Verschiebung beträgt 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN und Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Aus dem Mittelwert: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Aus dem niedrigsten Wert: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, der kleinere Wert. Er liegt unter N1st,m (2,3 kN) und bleibt damit gültig.
• Geplant waren 24 Dübel: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, also sind 28 Dübel erforderlich.

BS 8539 nennt drei weitere Wege, die jeweils auf Versuchen bis zum Versagen beruhen.

• Ohne ETA, statistisches Verfahren (Anhang B.2.3.2): 5 bis 15 Dübel werden bis zum Versagen belastet. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, wobei NRu,m die mittlere Versagenslast, v der Variationskoeffizient (höchstens 30 %) und K ein statistischer Faktor ist: 3,40 bei 5 Versuchen, 2,57 bei 10 und 2,33 bei 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, höchstens N_1st,m. Der Planer wählt ν, zum Beispiel 3 bis 4 bei statischen Lasten oder 5 bei Nylondübeln.
• Dübel mit ETA in Mauerwerk außerhalb der ETA, 5 bis 15 Versuche (Anhang B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, mit β aus der ETA (1, falls keiner angegeben ist), höchstens der charakteristische Widerstand gemäß ETA. Hier tritt β an die Stelle von Ω. Dann NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, mit γM aus der ETA und γF = 1,35 für ständige Einwirkungen, 1,5 für veränderliche Einwirkungen bzw. 1,4, wenn diese unbekannt oder gemischt sind, höchstens N1st,m.
• Dübel mit ETA, 15 oder mehr Versuche (Anhang B.2.2): das Baustellenprüfverfahren des maßgeblichen Europäischen Bewertungsdokuments (EAD) und des zugehörigen EOTA Technical Report.

Je mehr Dübel bis zum Versagen geprüft werden, desto höher fällt der zulässige Widerstand voraussichtlich aus, doch Versuche bis zum Versagen verursachen mehr Schäden.