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1030.1 BAUGRUND
Die Grndung eines Bauwerkes ist seine Verbindung mit dem
Baugrund, der bis aufeinige Ausnahmen nicht so hoch beansprucht
werden kann wie die Materialien derlastabtragenden Bauteile. Um
eine Weiterleitung von vertikalen und horizontalenKrften in den
Boden zu ermglichen, sind Grndungskonstruktionen erforderlich,
diedie auftretenden Krfte ber eine grere Flche verteilen oder in
tiefere Schichtenableiten. Die Grndungsart eines Bauwerkes ist von
verschiedenen Einflssenabhngig, und es ist die Aufgabe der
Bauingenieure, jene Grndungsart zu whlen,die bei vertretbarem
Kostenaufwand und ausreichender Sicherheit diese Einflssebestmglich
erfllen kann. Entscheidend fr die richtige Wahl sind:
Art und Gestalt des Bauwerkes
Gre und Verteilung der Belastung
Beschaffenheit des Baugrundes
Einwirkung von Grundwasser
Setzungsempfindlichkeit des Bauwerkes
dynamische Einwirkungen.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Grundbau und anderen
Disziplinen desBauwesens wie zum Beispiel dem Stahlbau besteht
darin, dass die Eigenschaftendes Bodens in weiten Grenzen schwanken
knnen. In der Geotechnik stellt derBoden eine gegebene Tatsache
dar, und seine Eigenschaften sind zunchst zuuntersuchen. Eine
Verbesserung ungnstiger Bodeneigenschaften ist nur bis zugewissen
Grenzen mglich. Ergnzend zu dieser Problematik handelt es sich
beimBoden um eine sehr groe Masse, whrend Bodenuntersuchungen nur
in beschrnk-tem Umfang durchfhrbar sind, d.h. es ist von nur
wenigen Untersuchungen (Stich-proben) auf groe Bodenbereiche zu
schlieen. berdies zeigt sich unter Umstndenbeim Baugrubenaushub ein
ganz anderes Bild, als aus den Bodenuntersuchungenund
Probebohrungen gewonnen wurde.
Der Geotechnik obliegt die Erkundung der Bodeneigenschaften und
die Voraussageder Interaktion zwischen Boden und Bauwerk, so dass
die Folgen eines knstlichenEingriffes vorauszusehen sind. Die
Aufgabe des Grundbaues liegt darin, jene Teiledes Bauwerkes, die
mit dem Baugrund in Wechselwirkung treten, in richtiger
undwirtschaftlicher Weise zu planen und spter auszufhren.
Abbildung 030.1-01: Grndung allgemein [13]
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2Jener Teil des Bauwerkes, der das eigentliche Grundbauwerk
darstellt, ist dasFundament, die Fundierung oder Grndung. Eine
strenge Trennungslinie zwischendem Unterbau und dem berbau, d.h.
eine getrennte Planung der beiden Teile ohneKoordinierung, fhrt zu
Fehlern und ist daher unbedingt zu vermeiden. Die Steifigkei-ten
von Bauwerk und Untergrund beeinflussen einander und mssen deshalb
immergemeinsam betrachtet werden.
Die Konstruktionen von Bauwerken knnen grundstzlich statisch
bestimmt oderunbestimmt ausgefhrt sein, die Bodenverhltnisse
bestimmen jedoch die sinnvolleSystemwahl. Sind groe
Setzungsunterschiede innerhalb des Bauwerks zu erwarten,sollten
statisch unbestimmte Konstruktionen vermieden werden. So sind zum
Beispielstatisch unbestimmte Durchlauftrger dann nicht ausfhrbar,
wenn verschiedenstarke Setzungen unter den Auflagern auftreten. Ein
Gleiches gilt fr Rahmenkon-struktionen mit eingespannten Stielen,
wo sich aus konstruktiver Sicht die Frage dererforderlichen und
auch mglichen Einspannung stellt, da sich das Fundament alsGanzes
verdrehen knnte, so dass dann nur eine teilweise Einspannung
auftritt.
Gute und ausreichende Bodenaufschlsse sind daher wichtig, doch
wird gegendiesen Grundsatz sehr oft verstoen. So ist die
Detailplanung eines Bauwerkes oftschon fertig, aber die Fundierung
dem vorhandenen Boden noch nicht entsprechendangepasst grere Schden
am Bauwerk sind dadurch vorprogrammiert. Da derBaugrund die Lasten
des Bauwerkes aufzunehmen hat, kann er auch als letztes Gliedder
lastabtragenden Bauteile angesehen werden und ist daher noch ein
Bestandteildes Tragwerkes. Wird die gewhlte Grndung den
Anforderungen nicht gerecht undder Untergrund spannungsmig
berfordert, knnen groe Verformungen, groeSetzungen und/oder eine
unzulssige Schiefstellung und daraus resultierend Bau-werksschden
entstehen.
Der Fall von Schiefstellungen tritt zwar seltener ein, kann aber
bei sehr steifenBauwerken, z.B. bei Silos, auftreten, wenn diese
auf weichen, ungleichmigenBodenschichten fundiert sind. Setzungen
knnen von Schnheitsfehlern bis zu einerStandsicherheitsgefhrdung
des Bauwerkes reichen. Bei Hochbauten werden un-gleichmige
Setzungen meistens nur Schnheitsfehler in Form von
Setzungsrissenbedeuten, dieselben Risse verhindern aber fr
Wasserbehlter die geforderte Nut-zung, da die Undichtheit des
Behlters die Unbrauchbarkeit zur Folge hat
(keineGebrauchstauglichkeit gegeben). Der Zeit-Setzungs-Verlauf
hngt von der Bodenartab. Die Setzungen knnen dabei pltzlich (z.B.
Lsackung), relativ rasch (beinichtbindigen Bden) oder ber Jahre und
Jahrzehnte (Konsolidierung bindigerBden) auftreten.
Im weiteren Sinn werden unter Grundbauwerken nicht nur massive
Bauteile, sondernauch Erdkrper, also Dmme und Einschnitte,
verstanden. Diese sollen standfestsein. Es tritt hier eine Reihe
von Gefhrdungen auf, vor allem Rutschungen.
Bei einem Bauwerk sind aus der Sicht der Bodenmechanik bzw. des
Grundbausfolgende Sicherheiten nachzuweisen:
Sicherheit gegenber Grundbruch des Bauwerkes: Diese erfolgt
entwederdurch Einhaltung der zulssigen Bodenpressungen gem den
einschlgi-gen Fachnormen oder durch rechnerische Nachweise der
Grundbruchsicher-heit.
Sicherheit des Gebudes selbst, d.h. Kippsicherheit und
Gleitsicherheit
bei Bauwerken unter dem Grundwasser die Sicherheit gegen
Auftrieb
Baugrund
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3 Sicherheit gegen zu hohe Setzungen und Verdrehungen
Sicherheit gegen Gelndebruch
Sicherheit gegen Erosion
Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch
etc.
Aber auch in den Baugesetzen ist bereits die Forderung einer
gesicherten Grndungvon Bauwerken durch unterschiedlichste
Bestimmungen verankert. Auszugsweisesind nachfolgend einige
Passagen aus Baugesetzen angefhrt:
98 Fundierung und Abdichtung (Bauordnung fr WIEN) [29](1) Die
tragenden Bestandteile aller Bauten sind auf tragfhigem Grund unter
Bercksichti-gung der Einwirkungen des Frostes derart zu fundieren,
dass der Untergrund nur in denBodenverhltnissen entsprechendem Mae
in Anspruch genommen wird und die Belastungauf die Fundamente
derart verteilt wird, dass ungleichmige Senkungen (Setzungen)
nichtoder nur in einem die Standsicherheit nicht beeintrchtigenden
Ausma auftreten knnen.(2) Die Fundamente und Kellerwnde sind aus
Baustoffen, die auer der erforderlichenFestigkeit auch eine
dauernde Widerstandsfhigkeit gegen schdliche Einflsse des
Unter-grundes und von Wasser gewhrleisten, herzustellen; die
Verwendung von Holz (Piloten oderRosten) ist jedenfalls verboten.
Von der Forderung der dauernden Widerstandsfhigkeit istbei
ebenerdigen Gebuden vorbergehenden Bestandes, bei Nebengebuden und
beiebenerdigen Gebuden im Grnland Abstand zu nehmen.
3 Festigkeit und Standsicherheit (Bauverordnung fr BURGENLAND)
[33](1) Tragende Bauteile sind auf tragfhigem, natrlich gewachsenem
oder knstlich befestig-tem Boden und in frostfreier Tiefe zu
grnden. Der Boden unter allen Teilen der Fundierungendarf nur so
weit belastet werden, dass der Bau unabhngig von anderen Bauten
standfest ist.
5 Fundierung (Bautechnikgesetz fr SALZBURG) [30](1) Bauten und
sonstige bauliche Anlagen sind so zu grnden, dass ihre
Standsicherheitdurch die Beschaffenheit des Baugrundes, durch
dessen voraussehbare Vernderung, durchFrosteinwirkung und durch
Grundwasser nicht beeintrchtigt wird.(2) Fundamente sind
grundstzlich in Beton oder solchen Baustoffen auszufhren, die
keinerdie Standsicherheit gefhrdenden Verwitterung oder Zersetzung
unterliegen. Holzpiloten alsFundamente sind nur zulssig, wenn nach
den besonderen Bodenverhltnissen und Schutz-manahmen auch die im
Hinblick auf den Verwendungszweck des Baues oder der
sonstigenbaulichen Anlage erforderliche Widerstandsfhigkeit gegen
Verwitterung und Zersetzunggewhrleistet ist.(3) Durch die Grndung
darf die Standsicherheit eines anderen Baues oder andererbaulicher
Anlagen nicht gefhrdet und die Tragfhigkeit des Baugrundes der
Nachbar-grundstcke nicht nachteilig beeinflusst werden.
11 Standsicherheit (Hessische Bauordnung) [34](1) Jede bauliche
Anlage muss, auch unter Bercksichtigung der Baugrund- und
Grundwas-serverhltnisse, im Ganzen, in ihren einzelnen Teilen und
fr sich allein standsicher sein. DieStandsicherheit anderer
baulicher Anlagen und die Tragfhigkeit des Baugrunds des
Nach-bargrundstcks drfen nicht gefhrdet werden.(2) Die Verwendung
gemeinsamer Bauteile fr mehrere bauliche Anlagen ist zulssig,
wennffentlich-rechtlich und technisch gesichert ist, dass die
gemeinsamen Bauteile beim Abbrucheiner der baulichen Anlagen stehen
bleiben knnen.
Art. 13 Standsicherheit (Bayerische Bauordnung) [31]Jede
bauliche Anlage muss im Ganzen, in ihren einzelnen Teilen und fr
sich alleinstandsicher sein. Die Standsicherheit muss auch whrend
der Errichtung und bei dernderung und dem Abbruch gewhrleistet
sein. Die Standsicherheit anderer baulicherAnlagen und die
Tragfhigkeit des Baugrunds des Nachbargrundstcks drfen nicht
gefhr-det werden.
Baugrund
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4030.1.1 BODENARTEN UND KLASSIFIKATION
Die Entstehung von Sedimenten begann durch die Verwitterung, den
Transport unddie Ablagerung von festen Gesteinen. Der grte Teil der
Bauwerke ist in dieserBodenart fundiert, die in ihrer
Beschaffenheit sehr unterschiedliche Eigenschaftenaufweisen kann.
Die Erdoberflche besteht aus einem Gesteinsgerst, das von
einerverschieden starken Schutthlle umgeben ist, welche durch
mechanische, chemischeund biologische Verwitterung entstand. Die
wichtigste der drei Verwitterungsarten istdie mechanische
Verwitterung. Das Felsgerst ist jedoch keine homogene Masse,sondern
ist zerlegt und zerklftet. Sehr groer Gebirgsdruck kann bis zur
vollkomme-nen Zerquetschung fhren. Durch Frostwechsel und sonstige
Einflsse zerbrechenFelswnde, Steine fallen herab, und es bilden
sich Schutthalden. Die heutigenGletscher und jene der Eiszeit haben
eine Verwitterungswirkung in der Form, dassGesteinstrmmer durch das
Eis herausgerissen und weitertransportiert und schlie-lich in der
Form von Mornen abgelagert werden. Durch die Wirkung des
Wasserserfolgt eine Zerlegung der Blcke und ein Weitertransport
dieses Zerlegungsmate-rials. Dieses so genannte Geschiebe in den
Flssen wird durch den stndigenTransport abgerieben und dadurch
immer kleiner. An den Flussmndungen werdendie greren Teile
abgelagert, es kommt zu Deltabildungen. Die Feinteile
werdenhingegen oft weit ins Meer hinausgetragen, und es kommt zu
den sehr feinkrnigenTiefseeablagerungen. Auch durch die Wirkung des
Windes kann es zu Ablagerungenkommen. Staub wird sehr oft ber groe
Entfernungen getragen. Die Windablagerun-gen spielen eine grere
Rolle, als man glauben mchte Ruinen und Straen derAntike sind heute
bereits unter einer betrchtlichen Schicht begraben, die
hauptsch-lich aus Windablagerung besteht.
Abbildung 030.1-02: Entstehung und Wandlung der Gesteine
Die Grundlage fr die Beurteilung des Baugrundes in Bezug auf
Material, Homogeni-tt, Rohdichte, Feuchte, Kohsion und Tragfhigkeit
bilden unter anderem geologi-sche Karten, Aufschlsse von
Nachbarbauwerken und Bodenuntersuchungen wieSchrfe, Sondierungen
und Bohrungen. Erst nachdem die Bodenart, die Lagerungs-dichte und
die Mchtigkeit der einzelnen Schichten beurteilt sind sowie die
Lage deshchsten Grundwasserspiegels ermittelt ist, knnen Art und
Form der Grndung,eventuell erforderliche Begleitmanahmen und
Manahmen zur Baugrubenherstel-lung und -sicherung festgelegt
werden. Bei der Untersuchung des Grundwassers istnicht nur auf die
Hhe des hchsten Grundwasserstandes zu achten, sondern auchauf die
Qualitt des Wasser im Hinblick auf aggressive Bestandteile, die
eineVerwendung von Spezialzementen und eine hhere Betondeckung
erfordern.
Baugrund
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5Die fr die Ausschreibung zustndige Werkvertragsnorm NORM B 2205
[41]klassifiziert nach ihrer Lsbarkeit die Bden in Mutterboden,
wasserhaltenden,leichten, mittelschweren und schweren Boden,
leichten und schweren Fels.
Die Feuchtigkeit im Boden hat je nach Bodenart unterschiedliche
Auswirkungen aufKonsistenz und Tragfhigkeit. In feinen Poren
entwickelt sich aus der Oberflchen-spannung des Wassers eine
kapillare Saugwirkung, wodurch auch bei Grndungenber dem
Grundwasserspiegel ein erheblicher Feuchtigkeitsandrang an der
Funda-mentsohle entsteht.
Bindige Bden verlieren mit steigendem Wassergehalt stark an
Tragfhigkeit. Durchlanges Offenhalten der Baugrube kann ein
anstehender trockener Boden mit hoherBelastbarkeit durch
Wasserzutritt und anschlieendes Quellen oder Sacken
vlligunbrauchbar werden. Stark bindige Bden setzen sich im
Allgemeinen unter Belas-
Tabelle 030.1-02: Gliederung Bden gem Werkvertragsnorm B2205
[41]
Bodenklasse Bezeichnung Typische Lsegerte
1 Oberboden Stichschaufel, Spaten(Mutterboden, Humus,
Zwischenboden)
2 wasserhaltiger, flieender Boden Schlammschaufel,
Schpfgef(Schpfboden)
3 leicht lsbarer Boden Wurfschaufel(loser Boden)
4 mittelschwer lsbarer Boden Stichschaufel,
Spaten(Stichboden)
5 schwer lsbarer Boden Krampen, Spitz- und
Breithacke(Hackboden)
6 leicht lsbarer Fels Brechstange, Meisel und Schlgel(Reifels,
Schrmmboden)
7 schwer lsbarer Fels sprengen
Abbildung 030.1-03: Bodenstrukturen nichtbindige Bden bindige
Bden [7]
NICHTBINDIGER BODEN BINDIGER BODEN
FLOCKEN WABEN
Tabelle 030.1-01: Baugrundarten nach NORM B 4430/Teil 1:1974
[45]
Hauptgruppen Untergruppen Beispiele
nichtbindige Bden Sand, Kies, Steinegewachsene Boden bindige
Bden Ton, tonige Schluffe
organische Bden Torf, Faulschlamm
Fels
geschttete Bden unverdichtete Schttungenverdichtete
Schttungen
Bodenarten und Klassifikation
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6tung merklich und ber einen groen Zeitraum, was auf das
langsame Ausdrckendes Porenwassers zurckzufhren ist.
Die Frostsicherheit einer Grndung hngt in erster Linie von der
Grndungstiefe unterNiveau ab. In sterreich kann die
durchschnittliche Frosttiefe, die von der Dauer undIntensitt der
Frostperiode sowie der Art und Zusammensetzung des Bodens abhn-gig
ist, in der Regel mit 0,80 bis 1,20 m angenommen werden. Ein
derzeitiger Entwurfzur NORM EN 1991-1-5 enthlt Bodentemperaturen in
Abhngigkeit von der Tiefe,aus denen zuknftig auch die Frosttiefe
ermittelbar wird. Nichtbindige Bden werdenim Hinblick auf ihre
Frostgefhrdung nach ihrem Feinanteil beurteilt. Nach Casa-grande
gilt ein Boden als Frostsicher, wenn bei einer
Ungleichfrmigkeitszahl U > 15der Anteil an Krnern < 0,02 mm
nicht mehr als 3% und bei U < 5 nicht mehr als 10%betrgt
(Zwischenwerte sind linear zu interpolieren).
In der Bodenmechanik wird zwischen den beiden groen Gruppen der
festenGesteine und der vernderlich festen Gesteine unterschieden.
Feste Gesteine sindzumindest fr bautechnische Begriffe fest. Der
Zeitraum ihrer Zersetzung ist imVergleich zur Lebensdauer eines
Gebudes sehr gro. Eine strenge Trennung vonFels und Boden ist aber
nicht immer mglich. Meistens ist ein allmhlicher bergangvon Fels in
Schutt und Boden festzustellen.
Unter vernderlich festen Gesteinen versteht man vor allem
Gesteine, die Tonenthalten. Wenn man diese Gesteine freilegt,
zerfallen sie durch die Witterung inrelativ kurzer Zeit (Stunden
oder auch Tage, es gibt dafr keine feste Regel, ihreZersetzungszeit
kann nur nach Erfahrungswerten abgeschtzt werden). Ihre Festig-keit
kann zwar im ungestrten Zustand sehr hoch sein, trotzdem werden sie
an derLuft und unter Wassereinfluss zu nicht tragfhigen Bden. Es
ist dies eine sehrunangenehme Erscheinung, vor allem dann, wenn vom
Bauwerk her auf den Bodenhorizontale Krfte zu bertragen sind. Es
kann dann zur Bildung einer Schmierschichtkommen, lngs der das
Bauwerk oder die Bodenmasse (z.B. ein Damm) sichabschiebt. Bei der
Zersetzung solcher Schichten kann es auch zu Volumenvergre-rungen
kommen, man nennt diese Erscheinung druckhaftes Gestein.
Auer der Einteilung in feste und vernderlich feste Gesteine sind
noch die BegriffeSchichtung (Ausrichtung der Mineralteile des
Gesteins durch Druck) und Klftung(berwindung der Gesteinsfestigkeit
durch mechanische Krfte) zu unterscheiden.Speziell bei Klftungen
kann es vorkommen, dass die Kluftfllungen weich sind undeine
geringe Scherfestigkeit besetzen, d.h. es bildet sich eine
Schmierschicht, derengeringe Festigkeit dann magebend wird. Es ist
auch eine Auflsung der Gesteine imWasser mglich Salz, Gips,
Phosphate lsen sich im Wasser, und es kommt zuHohlraumbildungen.
Die entstehenden Lsungen knnen aggressiv sein und auchBeton
angreifen. Es sollte daher die Untersuchung des Wassers im Boden
ein Teil derVoruntersuchungen sein.
Die Fundierung mancher Bauwerke ist nur auf gesundem Fels mglich
z.B.Staumauern und hier vor allem Bogenmauern. Der Fall, dass Fels
bereits in sehrgeringer Tiefe angetroffen wird, ist sehr selten.
Der Normalfall ist, dass der Fels mitLockergestein und darber mit
Lockerboden berdeckt ist.
Eine weitere Einteilung der Bden besteht in der Gliederung in
Bden organischenUrsprungs und Mineralbden. Bden organischen
Ursprungs sind unterhalb vonGrndungen unbrauchbar. Sie enthalten
organische Bestandteile, z.B. Grser, Schilf,
Baugrund
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7Holz, die in Humus und Moorbden umgewandelt werden. Feuchtes
Moor kann oftnicht einmal betreten werden. Eine Grndung auf solchen
Bden fhrt zum Einsinkendes Bauwerkes oder zumindest zu sehr groen
Setzungen.
Mineralbden sind grundbautechnisch der Normalfall, sie werden in
die Untergruppennichtbindige (kohsionslos), schwach bindige und gut
(stark) bindige Bden (koh-rent) unterteilt. Anders als bei der
Unterteilung hinsichtlich der Herkunft der Bden isthier die Haftung
der Einzelkrner untereinander das Unterscheidungsmerkmal.
DieMineralbden bestehen aus Einzelkrnern, die entweder nicht
aneinander haften(nicht bindend oder kohsionslos) oder die Krner
haften aneinander (bindig oderkohrent). Ein weiteres
Unterscheidungsmerkmal ist die Korngre. Whrend bei dennichtbindigen
Bden die einzelnen Krner mit freiem Auge sichtbar sind, ist dies
beiden bindigen Bden nicht immer der Fall. Nach der Korngre lsst
sich bei dennichtbindigen Bden unterscheiden in:
Blcke: Steinblcke > 200 mm Steine: einzelne groe Steine,
Findlinge mit 63200 mm Kies: runde Kornform 263 mm, unabhngig von
der mineralischen Zusam-
mensetzung Sand: Korngren 0,0632,00 mm.
Schwach bindige und bindige Bden knnen unterschieden werden
in:
Schluff: Korngren 0,0020,063 mm, Krner nicht mehr mit freiem
Augesichtbar, nur mehr im Mikroskop. Wenn man reinen Schluff an der
Lufttrocknet, so haften die Krner aneinander, dieser Boden ist
zwischen denFingern leicht zerdrckbar, also ist die Haftung
zwischen den Krnern sehrgering. Mineralisch gesehen handelt es sich
bei Schluff um Quarze, Silikate,Kalke und Glimmer.
Ton: Bei Korngren < 0,002 mm spricht man von Ton, und zwar
von Roh-oder Kolloidton mit Korngren von 0,00020,002 mm.
Mineralisch gesehenhandelt es sich um die Tonminerale
Montmorillonit, Illit und Kaolinit. DieseTonminerale besitzen ein
Flchengitter (Schichtgitterstruktur), dazwischensind Wassermolekle
eingelagert. Die Teilchen sind schuppig, plattig, teilwei-se auch
stngelig. Diese Eigenschaften machen die Eigenart des Tones aus.Je
nach dem Anteil an Kolloidton im Schluff ergibt sich bei 25%
Kolloidtonmageren Ton (rauer Eindruck) und bei 2550% Kolloidton
fetten Ton (schmie-rig). Beim Austrocknen wird der Ton sehr hart.
Dabei kommt es zu einerstarken Volumenabnahme. Dies fhrt zur
Bildung von Schwindrissen, manspricht vom Schwinden des Tones. Die
Schwindrisse deuten auf groe innereSpannungen hin. Wenn man den
ausgetrockneten Ton ins Wasser wirft,zerfllt er binnen kurzem zu
Schlamm. Kommt der Ton mit Wasser inBerhrung, so nimmt er Wasser
auf, es kommt zum Quellen des Tones.
Lehm ist in der Regel gelb-braun gefrbt und je nach seinem
Kolloidtonanteilstark oder schwach bindig. Anteil an Sand
3060%.
L ist ein verkitteter Boden, ein Sand-Schluff-Gemisch, das durch
Windabgelagert und durch Kalk verkittet wurde. Mineralisch ist der
L 6080%Quarz, 1020% Feldspat. Meistens finden sich im L
Wurzelrhrchen, diespter durch Kalk ausgefllt wurden. In diesen
Wurzelrhrchen kann dasGrundwasser hochsteigen, was die groe
Fruchtbarkeit des L ausmacht.Der L kommt in steilen Wnden oder
Terrassen vor. Die grten Lagerstt-ten finden sich in China und auf
der Halbinsel Krim. Die Festigkeit des L
Bodenarten und Klassifikation
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8kann durch Lsung des Kalkes vollkommen verschwinden. Dies kann
zuSchden an Gebuden fhren, die auf L stehen. Besondere Vorsicht
istbei Fundierung von Wasserbehltern auf L geboten! Bereits
geringeSickerwassermengen, die fast immer vorhanden sind, knnen zum
Bruchdes L fhren.
Mergel ist entweder tonhaltiger Kalkstein oder kalkhaltiger Ton
Tonmergel.Mergel ist an der Luft nicht bestndig, also ein
vernderlich festes Gestein.Unter weichem Mergel versteht man Ton
mit etwas Kalkbeimengung. Ge-schiebemergel ist durch
Kalk-Tongemisch verkittetes Geschiebe (Kies, Sand,Schotter),
welches eine kompakte Masse bildet.
In einigen geografischen Regionen sind spezielle Bezeichnungen
von Bden blich,die aber nicht als feste Definitionen gelten:
Schotter: Gemisch aus Kies und Sand, bei hohem Sandanteil als
sandigerSchotter bezeichnet.
Grus: eckige Kornform, in Oberlufen von Flssen hufig
vorkommend
im Raum von Wien der Wiener Tegel: ein stark schluffiger Ton
(magerer Ton,darin hufig Sandschichten, so genannte Lassen); die
Farbe ist meistensgrau oder blaugrau.
in Obersterreich der Schlier: ein geologisch vorbelasteter,
berverdichteterFeinsand bis Ton; die Farbe ist wieder grau oder
schwrzlich.
in der Steiermark der Opok: ein hnlicher Boden wie Schlier. Es
gibt fr dieseBezeichnung keine fixen Grenzen, es kann auch ein
weicher Ton als Opokbezeichnet werden, im Wesentlichen versteht man
aber unter Opok oderSchlier etwas Festes, das gesteinsartig
ist.
in Vorarlberg und Salzburg der Letten: eine Bezeichnung fr
Seeton
in Bayern: Der Schlies ein sehr sandiger Ton, oder der Flinz ist
tonreicherMergel.
Die Grenze zwischen Sand und Schluff ist nicht absolut. In
anderen Lndern bzw. inderen Normen und in der Literatur findet man
andere Grenzwerte, es handelt sichdabei um reine bereinkommen.
Wesentlich ist jedoch die bodentechnische Bedeu-tung.
Grenze Kies-Sand ist die Grenze der Kapillarwirkung. Grenze
Sand-Schluff ist die Grenze der Erkennbarkeit der Krner mit
freiem
Auge. Grenze Schluff-Ton ist die Grenze der ausgeprgten
Kohsion.
Tabelle 030.1-03: Einteilung der Bden nach der Korngre [43]
Korngre in mm Bezeichnung
> 200 Blcke
63 200 Steine
2,0 63 Kies
0,063 2,0 Sand
0,002 0,063 Schluff
< 0,002 Ton
Baugrund
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9In einem Boden sind in der Regel mehrere Kornfraktionen
Korngruppen nachKorngren vorhanden, welche sich in einer
Kornverteilungskurve darstellen lassenund die den Boden nher
beschreiben. Die Darstellung erfolgt wie bei
denBetonzuschlagsstoffen.
Auf der Abszisse wird der Korndurchmesser in logarithmischem
Mastab aufgetra-gen, auf der Ordinate der Korndurchgang in
Gewichtsprozent linear aufgetragen. DieBestimmung der
Kornverteilung erfolgt zum Teil durch Absieben mit
verschiedenenSieben. Dieses Verfahren ist aber nur bis zu einer
gewissen Maschenweite mglich.Die kleineren Fraktionen werden mit
einer Schlmmanalyse bestimmt. Je steiler dieKurve verluft, desto
gleichfrmiger ist der Boden. Wenn die Kurve sehr flach
verluft,bedeutet dies, dass verschiedene Korngren diesen Boden
aufbauen. Ein dafrkennzeichnender Parameter ist die
Ungleichfrmigkeitszahl (z.B. Dnensand alsgleichfrmiger Boden mit U
= 1,5 bis 5 bis zu Flusskiesen als ungleichfrmigen Bodenmit U <
100).
Abbildung 030.1-04: Kornverteilung von feinkrnigen Bden
Sieblinie
1 MITTELFEINER SAND (WIEN-LOBAU) 7 SCHLUFFTON, MAG. TEGEL
(WIEN)2 TONIGER FEINSAND (WIENER NEUDORF) 8 SCHLUFFTON, MAG. TON
(HAVEL)3 TONIGER GEMISCHTKRNIGER SAND (TULLN) 9 TON (TEGEL AUS
MANNERSDORF)4 ECHTER LSS (GEDERSDORF) 10 FETTER TON (ARGILE
PLASTIGUE, PARIS)5 TONIGER MEHLSAND (WR. NEUDORF) 11 FETTER TON
(HALIKKO, FINNLAND)6 SCHLUFF (WR. NEUDORF) 12 FETTER TON (KL. BELT,
DNEMARK)
(030.1-01)
U Ungleichfrmigkeitszahl []d Durchmesser [mm]
Bodenarten und Klassifikation
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10
Frher wurde auch anstatt einer Kornverteilungskurve eine
Dreiecksdarstellunggewhlt. Die Anteile von Ton, Schluff und Sand
mssen zusammen 100% ergeben. InAbb. 030.1-05 sind die gleichen Bden
wie in Abb. 030.1-04 eingetragen, die mit denNummern 1 bis 12
bezeichnet sind. Die Dreiecksdarstellung kann zur Bezeichnungder
Bden herangezognen werden, es gibt aber keine allgemein gltige
Benennungs-art. Man whlt die Benennungsarten nachdem
Anwendungsgebiet der Bden, alsoz.B. fr den Straenbau.
Die Zustandsformen der Bden knnen mit einfachen Versuchen von
breiig bis festdefiniert werden.
BREIIG ist ein Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den
Fingernhindurchquillt.
WEICH ist ein Boden, der sich leicht kneten lsst.
STEIF ist ein Boden, der sich schwer kneten, aber in der Hand zu
3 mm dickenRllchen ausrollen lsst, ohne zu reien oder zu
zerbrckeln.
HALBFEST ist ein Boden, der beim Versuch, ihn zu 3 mm dicken
Rllchenauszurollen, zwar brckelt und reit, aber noch feucht genug
ist, um ihnerneut zu einem Klumpen formen zu knnen.
FEST oder HART ist ein Boden, der ausgetrocknet ist und dann
meist hellaussieht. Er lsst sich nicht mehr kneten, sondern nur
brechen. Ein nochma-liges Zusammenballen der Einzelteile ist nicht
mehr mglich.
Abbildung 030.1-05: Kornverteilung von feinkrnigen Bden
Dreiecksdarstellung
Baugrund
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11Bodenarten und Klassifikation
Tabelle 030.1-04: Bodenklassifikationen gem N B 4400-Tabelle 1
[43]
Hauptgruppen Gruppen Kurzzeichen Beispiele
Kies
enggestufte Kiese GEHangschutt,Schwemmschutt
weitgestufte Kies-Sand- GW Flusskies,Gemische Flussschotter
intermittierend gestufte GIKies-Sand-Gemische
Sand
enggestufte Sande SE Dnen- und Flugsand
weitgestufte Sand-Kies- SW Flusssand, StandsandGemische
intermittierend gestufteSI GrusSand-Kies-Gemische
Kies-Schluff-5 bis 15 Masseanteile GU Lehmiger Hangschutt,
Gemischein % 0,06 mm Grundmorne,5 bis 40 Masseanteile
UGPechschotter,
in % 0,06 mm Murenschutt
Kies-Ton-5 bis 15 Masseanteile GT
GrundmorneGemische
in % 0,06 mm
5 bis 40 MasseanteileTGin % 0,06 mm
Sand-Schluff-5 bis 15 Masseanteile SU Aulehm,
Gemischein % 0,06 mm Gehngelehm,5 bis 40 Masseanteile
USGrundmorne,
in % 0,06 mm Bnderschluffe, Flinz
Sand-Ton-5 bis 15 Masseanteile ST
Gehngelehm,Gemische
in % 0,06 mmGrundmorne, Flinz5 bis 40 Masseanteile
TSin % 0,06 mm
Schluff
gering plastische UL L, Aulehm,Schluffe Stauseeschluff
mittelplastische Schluffe UM Staublehm, Tegel,Schlier
Ton
gering plastische Tone TL Seeton, Bnderton
mittelplastische Tone TM Schieferton, Mylonit
ausgeprgt plastische TA Fetter Ton,Tone Schieferton
nicht brenn-
Schluffe mit organ.OU Seekreide,
oder
Beimengungen undMutterboden
schwelbar
organogene Schluffe
Tone mit organ.OT SchlickBeimengungen und
organogene Tone
grob- bis gemischtkrnigOH Mutterbodenmit Beimengungen
humoser Art
grob- bis gemischtkrnigOK Kalktuff, Kieselgurmit kalkigen,
kieseligen
Bildungen
organische brenn- odernicht bis mig zersetzte
HNTorfbodenBden schwelbar
Torfe
zersetzte Torfe HZ
Faulschlamme F
Auffllungenaus natrlichen Bden
Mll, Bauschutt(Gruppensymbol in eckigen Klammern)
[ ]
aus Fremdstoffen A
grobkrnigeBden
gemischtkrnigeBden
feinkrnigeBden
organogene undBden mitorganischenBeimengungen
-
12
030.1.2 SPANNUNGEN IM BODEN
Auf den Boden einwirkende Lasten fhren zu Spannungen im
Bodenkrper und lsenentsprechend ihrer Gre Verformungen aus, die
wegen ihrer Ausbreitung unmittel-bar unter der Last die grten
Setzungen hervorrufen. Die Einsenkungen an derOberflche reichen aus
diesem Grund immer ber den Bauwerksgrundriss hinaus.Das Bauwerk
steht somit in einer Setzungsmulde. Bei gleichen
Druckspannungenunter unterschiedlich groen Fundamenten ergeben sich
immer unter dem grerenFundament auch die greren Setzungen, da die
Bodenbeeinflussung in tiefereBodenschichten reicht.
In der Bodenmechanik werden im Unterschied zur Statik die
Druckspannungenpositiv bezeichnet, Zugspannungen knnen vom Boden
kaum aufgenommen werden.Wenn zum Beispiel ein Fundament exzentrisch
belastet wird, spricht man vomVersagen der Zugzone. Grundstzlich
sind die Spannungen wie folgt definiert:
Abbildung 030.1-06: Druckausbreitung im Boden [12]
In der Bodenmechanik rechnet man in der Regel mit [kN/m2] bzw.
[MN/m2].
030.1.2.1 EIGENGEWICHTSSPANNUNGEN
Unter der Bercksichtigung der Bodenart und des
Grundwasserspiegels sowie derTiefe ergibt sich eine
Eigengewichtsspannung im Boden.
(030.1-02)
Spannung [kN/m2] [N/m2] [N/mm2] [MN/m2]Q Belastung [kN] [N] [N]
[MN]A Flche [m2] [cm2] [mm2] [m2]
(030.1-03)
z Spannung in der Tiefe z [kN/m2]Q Belastung durch Bodengewicht
[kN]A Flche [m2]z Tiefe [m] Wichte Boden [kN/m3]
Baugrund
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13
Bei einem vollstndig wassergesttigten Boden, d.h. der
Grundwasserspiegel liegt ander Gelndeoberflche, resultiert die
Spannung im Boden aus der effektiven Boden-spannung und dem
Wasserdruck. Bei den meisten bodenmechanischen Berechnun-gen ist
nur die effektive Bodenspannung eff von Bedeutung, einige Nachweise
sindjedoch auch mit der totalen Bodenspannung zu erstellen.
Bei der Ermittlung der Bodenkennwerte sowie der Spannungen im
Boden ist immerzu bercksichtigen, dass es sich bei einem Boden um
einen aus drei Einzelstoffen(Dreiphasenstoff-Modell)
zusammengesetzten Stoff handelt. Die Anteile Luft undWasser fllen
den Porenraum.
030.1.2.2 SPANNUNGEN ZUFOLGE BELASTUNGEN
Im Gegensatz zu den Eigengewichtsspannungen besteht bei
Spannungen zufolgeuerer Belastung (Fundamente etc.) das Problem,
die rumliche Ausbreitung derSpannungen im Untergrund zu erfassen.
Grundstzlich kann festgestellt werden,dass diese Spannungen mit der
Tiefe und mit der Breite abnehmen. Die Verbindun-gen der Punkte
gleicher Spannung werden als Spannungszwiebeln
(Isobaren)bezeichnet.
Abbildung 030.1-07: Boden als Dreiphasenstoff Definitionen
[15]
Abbildung 030.1-08: Spannungsverteilung bei
Streifenfundamenten
(030.1-04)
z Spannung in der Tiefe z [kN/m2]tot totale Bodenspannung
[kN/m2]eff effektive Bodenspannung [kN/m2]w Wasserdruck [kN/m2]z
Tiefe [m]r Wichte Boden wassergesttigt [kN/m3] Wichte Boden unter
Auftrieb [kN/m3]w Wichte Wasser [kN/m3]
Spannungen im Boden
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Die Lsung des Problems der Erfassung der Bodenspannungen zufolge
uererBelastungen erfolgte mittels berlegungen, die auf der Theorie
des elastischen,isotropen Halbraumes aufbauen. Es wurde
vorausgesetzt, dass die Gltigkeit desHookschen Gesetzes (= linearer
Zusammenhang zwischen Spannungen und Deh-nungen bzw. Vorhandensein
eines elastischen Bereiches) gegeben ist und
dieElastizittseigenschaften in allen Punkten des Halbraumes und in
allen Richtungengleich sind. Da jedoch der Baugrund nicht isotrop
ist, sondern einem schwer zudefinierenden Stoffgesetz folgt,
beruhen diese theoretischen berlegungen auf mitder Wirklichkeit
nicht bereinstimmenden, sondern nur beschreibenden Annahmen.
Unter der Annahme des elastisch isotropen Halbraumes wurden
Diagramme ent-wickelt, die den Zusammenhang zwischen der
Spannungsgre und dem Ort imBoden angeben. Die Diagramme von
Steinbrenner [18] fr die Spannungen unterdem Eckpunkt einer
Rechteckslast und von Fadum [18] fr Linienlasten sind
diewesentlichsten fr die praktische Anwendung.
Abbildung 030.1-09: Bodenspannungen Rechteckslast nach
Steinbrenner [18]
(030.1-05)
Spannung [kN/m2]E Elastizittsmodul [kN/m2] Dehnung [m/m2]
Beispiel 030.1-01: Ermittlung der Bodenspannungen nach
Steinbrenner
zus = 100 kN/m2, a = 5,0 m; b = 2,5 m; a/b = 2
z z/b i z[m] [] [] [kN/m]
0 0,0 0,250 25,01 0,4 0,243 24,32 0,8 0,215 21,53 1,2 0,191
19,14 1,6 0,151 15,15 2,0 0,122 12,26 2,4 0,056 9,67 2,8 0,078 7,88
3,2 0,067 6,79 3,6 0,057 5,7
10 4,0 0,046 4,6
Baugrund
-
15
Abbildung 030.1-10: Bodenspannungen Linienlast nach Fadum
[18]
Spannungen im Boden
Beispiel 030.1-02: Ermittlung der Bodenspannungen nach Fadum
p = 300 kN/m; y = 25 m; x = 2,00 m
z x /z y /z I2 p /z z[m] [] [] [] [kN] [kN/m2]
0 0,000 0,001 2,000 25,000 0,014 300,00 4,202 1,000 12,500 0,080
150,00 12,003 0,670 8,330 0,150 100,00 15,004 0,500 6,250 0,204
750,00 15,305 0,400 5,000 0,237 60,00 14,206 0,333 4,170 0,258
50,00 12,907 0,285 3,570 0,272 42,85 11,658 0,250 3,125 0,280 37,50
10,509 0,222 2,780 0,288 33,30 9,59
10 0,200 2,500 0,291 30,00 8,7311 0,182 2,270 0,293 27,27
7,99
-
16
030.1.3 SETZUNGEN
Setzungen treten immer auf, da jeder Boden durch die Belastung
des Bauwerkesmehr oder weniger zusammengedrckt wird. Die
Konstruktion eines Gebudes undseiner Fundamente muss gewhrleisten,
dass diese Setzungen annhernd gleich-mig verlaufen und von einer
Grenordnung sind, die Schden am Bauwerk undan Nachbarobjekten
ausschlieen.
Bauschadensuntersuchungen zeigen, dass die meisten
Grndungsschden im Hoch-bau auf unzureichende Bodenerkundung bzw.
Fehleinschtzung des tatschlichenTrag- und Setzungsverhaltens
zurckzufhren sind. Das Nichterkennen oder Nicht-beachten ungnstiger
Bodenschichtungen, gegenseitiger Einflussnahme benachbar-ter
Bauwerke oder von Setzungsdifferenzen durch Grndung in
unterschiedlichenBodenarten verursacht im Schadensfall ungleich
mehr Kosten als eine vorausgegan-gene Bodenerkundung.
Setzungen knnen bereits im Zuge des Bauablaufes oder aber
besonders beibindigen Bden allmhlich im Lauf von Jahren oder
Jahrzehnten eintreten. Es solltedas Ziel sein, immer gleichmige
Setzungen im Gebude zu erhalten, die allerdingsbei einer
entsprechenden Grenordnung ab mehreren Zentimetern bis Dezimetern
zu Sonderkonstruktionen bei der Durchfhrung von Entsorgungs- und
Versorgungs-leitungen sowie Zu- und Abgngen fhren.
Abbildung 030.1-11: Ursachen fr Rissbildungen (schematisch)
1. GEBUDELNGE ZU GROSS2.4. UNTERSCHIEDLICHE BODENVERHLTNISSE5.
DRUCKBERLAGERUNG DURCH NACHBARBAUWERKE6. UNTERSCHIEDLICHE
GEBUDEGEWICHTE BEI UNGLEICHEN GRNDUNGSTIEFEN,
SETZUNGSMULDE7. GRUNDWASSERABSENKUNG ODER AUSTROCKNUNG BEI
BINDIGEN BDEN8. BELASTUNG DURCH NACHTRGLICHE AUFLASTEN9. UNGLEICHE
MCHTIGKEIT SETZUNGSEMPFINDLICHER BDEN
Baugrund
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17
Unter Setzung wird im Allgemeinen die vertikale Bewegung eines
Gebudes odereines Gebudeteils verstanden. Setzen sich alle Punkte
eines Gebudes in gleichenGrenordnungen, so spricht man von einer
gleichmigen Setzung, die nicht mitRissbildungen oder einer Neigung
des Gebudes verbunden ist, jedoch mit einernderung der Hhenlage des
Objektes. Sind die Setzungen der einzelnen Gebude-teile
(Fundamente) unterschiedlich, ergeben sich ungleichmige Setzungen,
die jenach Grad und Art der Setzungsunterschiede zu Rissbildungen
bzw. Schiefstellungenfhren und die Standsicherheit des Gebudes
beeintrchtigen knnen. Die grundbau-technischen Einflsse fr die
Grenordnung einer Setzung sind:
Zusammendrckbarkeit des Untergrunds (elastisch-plastische
Verformungdes Bodens) als Folge der Belastung durch das Bauwerk
Grundwasserabsenkung, durch Wegfall des Auftriebs wird die
Spannung imUntergrund vergrert
Schrumpfen bindiger Bden infolge Austrocknung, insbesondere
unter flachgegrndeten Gebuden
rtliche Vernderungen der Tragfhigkeit des Bodens, z.B. durch
Erhhungdes Wassergehalts bindiger Bden oder Ausschlmmungen
Absinken berbelasteter Bauteile (z.B. einer Sttze) als Folge
eines Grund-bruchs
Senkungen des Baugrunds ber eingebrochenen, unterirdischen
Hohlru-men, z.B. als Folge des Bergbaus oder unterirdischer Erosion
(Auslaugungvon Salzlagern)
Setzungen zufolge Vortrieb unterirdischer Baukrper (z.B. U-Bahn,
Kanle)
Frosthebung und nachfolgende Setzungen
Lsackung zufolge Durchnssung bei z.B. undichten Kanlen.
Sind die Setzungen ungleichmig, treten als Folge der Verformung
Zwangskrfteauf, welche die Konstruktion zustzlich beanspruchen.
Geringe unterschiedliche
Abbildung 030.1-12: Ursachen fr Rissbildungen
(objektbezogen)
4. GENEIGTE TRAGFHIGE BODENSCHICHT BEI HANGLAGE5. FROSTHEBUNG
DES FUNDAMENTES IM BEREICH DER KELLERTRE6. SETZUNGEN BEI
BERSCHNEIDUNG DER BODENSPANNUNGEN (SILOS)
1. EINSEITIGE GEBUDESETZUNG BER EINER EINGELAGERTEN TONLINSE2.
ANBAU AN EIN BESTEHENDES GEBUDE, BODENSCHICHTEN NACHGIEBIG3.
SUMMIERUNG DER BODENSPANNUNGEN IM BEREICH EINER WEICHEN
BODENLINSE
Setzungen
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18
Setzungen werden allgemein von den Gebuden ohne Schaden
aufgenommen. NachErfahrungen gelten Setzungen dann als
unterschiedlich, wenn die Differenzsetzungenunter 1/500 der
zugehrigen Bauwerkslnge betragen, ab einer Setzungsdifferenzvon
1/300 der entsprechenden Lnge sind Schden zu erwarten.
Abbildung 030.1-13: Setzungsschden bei gleichmigem
Untergrund
Treten an einem Bauwerk Risse auf, so kann aus ihrem Verlauf
gewhnlich die Art derBewegung erkannt werden. Bei Beurteilung der
Ursachen von Rissen ist zu beachten,dass neben Rissen als Folgen
von Setzungen und Senkungen auch Risse infolgeFormnderungen
(insbesondere bei unzweckmigen Konstruktionen), berbean-spruchung
von Bauteilen etc. auftreten. Zur berwachung der Bewegungen
knnenquer ber den Riss verlaufende Spione angebracht oder laufende
Messungendurchgefhrt werden.
Setzungen bei gleichmigem Untergrund werden nur durch
Druckberlagerung ver-ursacht. Um den Einfluss der Druckausbreitung
zu zeigen, wird die Verteilungnherungsweise unter 45 angenommen.
Folgende Flle sind dabei zu unterscheiden:
A. Durchbiegung langer Gebude. Durch die Druckberlagerung sind
die Span-nungen im Baugrund unter der Mitte der Gebude am grten.
Die Folgesind Durchbiegungen (Senkungsmulde) und Risse.
B. Gegenseitige Beeinflussung benachbarter Gebude. Beginnend ab
einerTiefe gleich dem Abstand der Bauwerke beeinflussen sich
benachbarte,gleichzeitig errichtete Gebude gegenseitig. Die
berlagerung der Spannun-gen fhrt unter den benachbarten Seiten zu
greren Setzungen, dieGebude neigen sich zueinander
(Mitnahmesetzung).
C. Unter dem Altbau neben einem Neubau hat sich der Boden
konsolidiert. DerNeubau steht teilweise auf vorverdichtetem
Baugrund. Die grere Setzungam freien Ende des Hauses fhrt zu einem
Abneigen des Neubaues.
D. Ist das neue Gebude grer und schwerer als der Altbau, so
bleibt dieVerkantung meist unbedeutend. In diesem Fall berwiegt der
Einfluss desneuen Gebudes auf das alte, und die zustzliche
Belastung durch das neueGebude fhrt infolge der Druckausbreitung zu
Setzungen und Rissschdenan den benachbarten Teilen des
Altbaues.
Neben den Spannungsberlagerungen bei gleichmigen
Untergrundverhltnissentreten bei ungnstigen Bodenschichtungen, die
in der Praxis hufig vorhanden sind,
Tabelle 030.1-05: Bewertung von Differenzsetzungen
Setzungsdifferenzen Bewertung
s/L < 1/500 gem Definition noch keine Differenzsetzungens/L
> 1/300 architektonische Schden mglich (besonders bei
Scheiben)s/L > 1/150 konstruktive Schden (Rissbildungen)s/L >
1/50 Knickversagen von Sttzen nicht ausgeschlossen
s Setzungsunterschied zweier PunkteL Abstand der Punkte mit
Setzungsunterschied s
Baugrund
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19
die Folgen der Ungleichartigkeit des Untergrunds wesentlich
strker hervor. AlsBeispiele knnen der Einfluss einer auskeilenden,
stark zusammendrckbarenSchicht, der Einfluss einer
zusammendrckbaren Schicht von wechselnder Mchtig-keit und der
Einfluss einer Faulschlammlinse angefhrt werden.
Sind fr ein Gebude unzulssig groe, unterschiedliche Setzungen zu
erwarten, soknnen folgende Manahmen erwogen werden:
Bauwerke so starr ausbilden, dass gleichmige Setzungen
erzwungenwerden. Bei greren Bauten unterteilt man das Bauwerk in
mehrere starreBaukrper, die sich gegeneinander verschieben und
gegebenenfalls verkan-ten knnen.
Bauwerke schlaff und statisch bestimmt ausbilden. Bei Hochbauten
ist diesnur selten mglich, dagegen wird diese Methode im
Ingenieurbau z.B. beiBrcken hufig angewendet. Sind groe
unterschiedliche Setzungen zuerwarten, werden Trger ber mehrere
Felder als Gelenktrger (Gerbertr-ger) ausgebildet.
Bemessung aller Fundamente und Grndungskrper so, dass
gleicheSetzungen auftreten. Hier ist zu beachten, dass z.B. bei
unterschiedlicherEntwsserung der Schichten trotz gleicher
Endsetzung zeitweilig Set-zungsunterschiede als Folge
unterschiedlicher Zeitsetzungen auftreten kn-nen.
Wenn nur geringere Setzungsunterschiede zu erwarten sind, kann
die Anordnungeines Trgerrostes unter dem Gebude oder eine Bewehrung
von Streifen-grndungen oder Kellerwnden zur berbrckung
nachgiebigerer Stellen ausgefhrtwerden. Bei unterschiedlicher
Grndungstiefe und starrem Verbund der verschiedengegrndeten
Bauteile z.B. bei Wohnhusern mit Teilunterkellerung ist
einlangsamer bergang von einer Grndungstiefe auf die andere ( ~30)
treppenartigauszubilden.
Setzungsbeobachtungen werden an entstehenden und fertigen
Bauwerken durchge-fhrt. Die wichtigsten Aufgaben der
Setzungsbeobachtung und der Setzungsmessungsind:
Einflussnahme auf den Bauablauf zum Abwenden von befrchteten
odernicht vllig ausgeschlossenen Folgeschden wie z.B. die
Beobachtung vonLehrgersten, Festlegung des Zeitpunkts fr das
Verbinden von nacheinan-der oder gleichzeitig ausgefhrten Bauten
oder Bauteilen und Beobachtungvon Dammsetzungen im Anschlussbereich
zu Brckenwiderlagern, um denZeitpunkt der Fahrbahndeckenherstellung
festzulegen.
die Beweissicherung zur Klrung der Ursachen von Bauschden wie
z.B.Feststellen einer Beeintrchtigung bestehender Bauten durch
Baumanah-men (Neubauten, Grundwasserabsenkung,
Unterfangungsarbeiten etc.).
Abbildung 030.1-14: Setzungsschden bei ungnstigen
Bodenschichtungen
Setzungen
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20
Erweiterung der rtlichen Erfahrungen ber das Verhalten des
Baugrunds,zweckmige Grndungsverfahren und mgliche
Bodenbelastungen
Schaffung von Unterlagen zur Kontrolle von Setzungsberechnungen
mit demZiel einer Verbesserung der Setzungsvorhersage.
030.1.3.1 METHODEN DER SETZUNGSBERECHNUNG
Fr eine Setzungsberechnung sind nachfolgende Unterlagen
erforderlich, nach derenVorliegen dann der Aufbau des Baugrunds
soweit mglich durch Annahme vonSchichten idealisiert und fr die
verschiedenen Schichten eine kennzeichnendeDruck-Setzungslinie
festgelegt wird.
Angaben ber das Bauwerk; Bauart, Grndungstiefe, Fundamentplan
miteingetragenen Belastungen, getrennt nach stndigen und kurzzeitig
auftre-tenden Lasten, ferner der zeitliche Verlauf der
Belastung.
Bodenuntersuchungen (Baugrundaufschlsse), insbesondere
Bohrprofile,Schichtenbilder sowie gestrte und ungestrte
Bodenproben.
bodenmechanische Kennzahlen, vor allem Druck- und
Zeitsetzungslinien frdie einzelnen, aus verschiedenen Tiefen
entnommenen Bodenproben.
Bei der Setzungsberechnung bindiger Bden knnen kurz wirkende
Verkehrslastenunbercksichtigt bleiben, wenn die Zeit ihrer
Einwirkung klein ist gegenber derSetzungsdauer des Bodens.
Zur Berechnung der Setzungen wird die Sohlnormalspannung in der
Sohlfuge desGebudes als gleichmig verteilt angenommen und zwischen
schlaffen und starrenGrndungskrpern unterschieden. Unter schlaffen
Bauwerken bildet sich gewhnlicheine Senkungsmulde aus. Zur
Berechnung der Setzungsunterschiede sind fr ver-schiedene Punkte
des Grndungskrpers Setzungsberechnungen durchzufhren.Die Spannungen
unter den verschiedenen Punkten des Gebudes knnen bei
einerPlattengrndung durch Aufteilen des Grundkrpers bestimmt
werden. Bei einerErmittlung der Setzungsunterschiede von
Einzelfundamenten ist der Einfluss derNachbarfundamente zu
bercksichtigen. Die Lasten der Nachbarfundamente knnennherungsweise
als Punkt- oder Linienlasten angesetzt werden. Starre
Bauwerkesetzen sich gleichmig. Die Spannungen und Setzungen werden
fr den kennzeich-nenden Punkt ermittelt. Rechnet man mit den
Spannungen unter der Mitte einerschlaffen Platte, so kann bei
gedrungenem Grundriss (a 2b) als Setzung der starrenPlatte ein
0,75-facher Betrag der Setzung des Mittelpunkts dieser schlaffen
Platteangesetzt werden.
Die Setzungen knnen mithilfe der Einheitssetzungen, der
Steifemoduln oder beiAnnahme eines konstanten Steifemoduls
nherungsweise mit einfachen Formelnberechnet werden. Man fhrt diese
Berechnung zumeist in Tabellenform durch.
Berechnung mit Einheitssetzungen
Spannungen und Einheitssetzungen werden an den Schichtgrenzen
berechnet,wobei zumeist die mchtigeren Bodenschichten in mehrere
Bereiche unterteiltwerden. Fr jeden Bereich bzw. jede Bodenschicht
werden auf Basis einerSpannungssetzungslinie fr den jeweiligen
Spannungszuwachs zufolge der Bela-stung die Verformungen ermittelt.
Die Setzung ergibt sich dann durch Aufsummie-rung aller
Verformungen. Dieses Verfahren wird jedoch kaum mehr angewandt.
Baugrund
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21
Berechnung nach dem Steifemodulverfahren
Setzungswirksam sind nur zustzliche Spannungen. Es ist daher von
wesent-licher Bedeutung, die Vorbelastung des Baugrundes zu kennen
bzw. das Gewichtdes ausgehobenen Bodens bei der Setzungsberechnung
zu bercksichtigen.Weiters mssen die Untergrund- und
Grundwasserverhltnisse bis in grereTiefen unter die
Fundamentunterkante bekannt sein. Zuletzt werden
bodenphysi-kalische Kennziffern bentigt. Dazu ist es erforderlich,
bodenphysikalische Labo-ratoriumsuntersuchungen durchzufhren bzw.
ein geotechnisches Gutachten zubeauftragen.
Beispiel 030.1-03: Ablauf einer Setzungsberechnung
1: Bestimmung der setzungswirksamen Spannungen: Von den
effektivenSpannungen unter der Fundamentunterkante werden die
Eigengewichtsspan-nungen abgezogen.
2: Bestimmung der zustzlichen Spannungen: Die Bestimmung der
zustz-lichen Spannungen erfolgt mithilfe des Diagramms von
Steinbrenner. DiesesDiagramm gilt nur fr den Eckpunkt eines
Rechteckes. Die grte rechneri-sche Setzung wird sicherlich unter
der Mitte des Fundamentkrpers auftreten.Daher wird der
Fundamentkrper in vier gleiche Teile zerlegt und die Spannun-gen
zunchst unter dem Eckpunkt des Viertelfundamentes bestimmt.
DieseWerte werden dann vervierfacht.
3: Bestimmung der Eigengewichtsspannungen: Die
Eigengewichtsspannun-gen nehmen mit der Tiefe linear zu und knnen
relativ leicht mithilfe einerTabelle errechnet werden. Gleichzeitig
werden auch die auf 20,0% abgemin-derten Eigengewichtsspannungen
errechnet.
4: Bestimmung der Grenztiefe: Da die rechnerischen Spannungen
zufolge desFundamentes nicht auf Null auslaufen, sondern bis in
eine unendliche Tiefereichen, wird ihr setzungswirksamer Anteil mit
der Grenztiefe begrenzt. Unterder Grenztiefe versteht man jene
Tiefe, in der die zustzlichen Spannungenzufolge des Fundamentkrpers
kleiner werden als 20,0% der Eigengewichts-spannungen (Frher wurde
die Grenztiefe mit der Trakttiefe etc. begrenzt).
5: Eigentliche Setzungsberechnung:Die rechnerischen Setzungen
ergeben sich mit:
sschlaff = Spannungsflche / Steifemodul
Die Spannungsflche kann als Aufsummierung von Trapezflchen
errechnetwerden. Das Ergebnis dieser Setzungsberechnung ist die so
genannte schlaf-fe Setzung. Das heit, dass die Steifigkeit des
Fundamentes nicht bercksich-tigt wurde.
Die wirklichen Setzungen des ge-samten Fundamentes sstarr
betra-gen rund 75,0% von sschlaff. Beiden Rechenprogrammen
werdendie Setzungen im mageblichenPunkt errechnet. In diesem
tretendann 75,0% der Setzungen unterdem Mittelpunkt auf.
Setzungen
-
22
Bei nicht rechteckigen Fundamenten werden die Setzungen durch
Aufsummierenbzw. Subtrahieren von Setzungen von Einzelflchen
ermittelt.
Setzungsberechnung nach Schleicher
Nimmt man einen konstanten Steifemodul an, so gelten fr starre
Fundamente,die unmittelbar auf einer annhernd homogenen Schicht von
der Dicke grergleich der doppelten Lnge a stehen, die vereinfachten
Formeln nach Schleicher.
Setzungsberechnung nach Kany
Kany stellte Einflusswerte fr die Gren der Spannungsdichten
unter demEckpunkt einer schlaffen Rechteckslast und unter dem
kennzeichnenden Punkteiner Rechtecklast auf. Diese Diagramme knnen
auch benutzt werden, wenn dieSetzungen einer nachgiebigen Schicht
in beliebiger Tiefe zu berechnen sind. In
(030.1-06)
PA Setzung im Punkt A [m]PB Setzung im Punkt B [m]s1,2,3,4,5
Setzung der Einzelflchen [m]A1,2,3,4,5 Einzelflchen [m2]
(030.1-07)
sr Setzung bei einem rechteckigen Grndungskrper [m]sk Setzung
bei einem kreisfrmigen Grndungskrper [m]sstr Setzung bei einem
Streifenfundament [m]a lngere Rechteckseite [m]b krzere
Rechteckseite [m]d Kreisdurchmesser [m]0 Sohlnormalspannung
[kN/m2]Es Steifemodul der weichen Schicht [kN/m2]z Tiefe [m]1,2,3
Setzungsbeiwerte []
Baugrund
-
23
diesem Fall rechnet man zunchst die Setzung einer ber der ganzen
Hheangenommenen Schicht und zieht hiervon die Setzung der oberen
Schicht ab.
Schiefstellung ausmittig belasteter Fundamente
Wird ein Fundament ausmittig belastet, so ergibt sich in der
Sohlfuge einetrapezfrmige Spannungsverteilung. Die
unterschiedlichen Spannungen bewir-ken unterschiedliche Setzungen
und damit eine Schiefstellung des Fundaments,die nach Matl
errechnet werden kann.
s Setzung im Punkt C [m]f(s,0) Setzungsbeiwert []
(030.1-09)
s Setzung im Punkt A [m]fs,A Setzungsbeiwert []
(030.1-08)
Setzungen
-
24
a Lnge des Fundaments [m]b Breite des Fundaments [m]e
Exzentrizitt angreifende Kraft [m]M Moment der lotrechten Last
[kNm]i Einflussbeiwert [] Schiefstellungswinkel []
030.1.3.2 SETZUNGEN BEI GRUNDWASSERABSENKUNG
(030.1-10)
sw Setzung zufolge Grundwasserabsenkung [cm]sw11 spezifische
Setzung [cm]Es Steifemodul [N/cm2]
(030.1-11)
Baugrund
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25
Wird Grundwasser abgesenkt, so entfllt im Bereich der Absenkung
der Auftrieb, d.h.die Wichte des Bodens erhht sich. Die dadurch
bewirkten zustzlichen vertikalenSpannungen im Baugrund sind in Hhe
des ursprnglichen Grundwasserspiegelsgleich Null und nehmen dann
linear um w.h bis zum abgesenkten Grundwasserspie-gel zu. Von hier
ab ist die zustzliche Belastung konstant, die Spannungsflche ist
einTrapez. Die durch die Grundwasserabsenkung bewirkte Setzung kann
aus derzustzlichen Spannungsflche, der Hhe der zusammendrckbaren
Schicht und demSteifemodul des Bodens berechnet werden. Sie ist fr
alle Punkte mit gleicherAbsenkung gleich gro.
Die Spannungsflche ist mathematisch leicht erfassbar. Nimmt man
einen konstantenSteifemodul an, so lassen sich einheitlichen Boden
vorausgesetzt mathematischeZusammenhnge zwischen der Gre der
Setzung sw und der Hhe der Grundwas-serabsenkung hw aufstellen.
Ausgangswerte fr die Anwendung des Nomogrammssind die Grenztiefe fr
die Setzungsberechnung, die Hhe der Grundwasserabsen-kung und der
Steifemodul des Bodens.
030.1.3.3 ZEITLICHER VERLAUF DER SETZUNGEN
Der zeitliche Verlauf der Setzung (Konsolidation) ist abhngig
von der rechnerischenSchichtdicke H, der Durchlssigkeit k und dem
Steifemodul Es des Bodens. ZurBerechnung wird meist die
Zeitsetzungslinie verwendet. Fr eine ideale, waagerechteTonschicht
und fr die Betrachtung als ebenes Problem hat Terzaghi eine
Differen-zialgleichung des Konsolidierungsvorgangs abgeleitet, die
fr die praktische Berech-nung weiterentwickelt und vereinfacht
wurde (U-Werte zwischen 0,00 und 0,56).
(030.1-12)
U Konsolidierungsgrad []k Durchlssigkeit [m/sec]w Wichte des
Wassers [kN/m3]H Dicke der einseitig entwssernden Schicht [m]t
Konsolidierungszeit [sec]cv Konsolidierungsbeiwert [m2/sec]st
Stetzung zur Zeit t [m]s1 Gesamtsetzung infolge Konsolidation
[m]
Beispiel 030.1-04: Setzung infolge einer
Grundwasserabsenkung
1. Fr zgr = 10,0 m und hw = 2,0 m erhlt man aus dem Nomogramm in
Formel (030.1-11)die spezifische Setzung mit sw11 = 1,8 cm.
2. Damit errechnet sich die Setzung sw infolge
Grundwasserabsenkung zu
Setzungen
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26
030.1.4 WASSER IM BODEN
Neben den frei beweglichen Grund- und Sickerwssern werden durch
Oberflchen-,Grenz- oder Kapillarkrfte auch Wsser oberhalb der
Grundwasseroberflche imBoden gehalten.
Hllenwasser: (hygroskopisches Wasser) wird von den
Oberflchenkrftender Bodenteilchen angesaugt (adsorbiert) und umgibt
die Krner mit einerHlle verdichteten Wassers. Dieser Wasserfilm
trocknet auch nicht beiTemperaturen von 105C ab. Die Korndichte ist
grer als 1, die Wasserfilm-dicke 680 m.
gebundenes Wasser zwischen Moleklen: Wasser wird im
Schichtgittereingelagert, bewirkt die Quellwirkung des Tones.
Haftwasser: wird durch Grenzflchenkrfte an den Bodenteilchen
festgehal-ten. Es kann unterschieden werden in:
Hutchenwasser umhllt Bodenkrner mit zweiter
WasserhllePorenwinkelwasser fllt Winkel der Poren aus.
Kapillarwasser (Porensaugwasser): steht mit dem Grundwasser in
Verbin-dung. Es steigt vom Grundwasser infolge der Kapillarwirkung
in den Haar-rhrchen des Bodens auf und wird durch die
Oberflchenspannung desWassers gehalten. Der Bereich des
geschlossenen Kapillarwassers reichtnur knapp ber den
Grundwasserspiegel, darber sind im offenen Kapillar-wasser nur
einzelne Poren gefllt.
Sickerwasser: stellt die Verbindung zwischen Niederschlags- und
Grund-wasser her und ergnzt den Grundwasserhaushalt. Unter der
Schwerkraftsickert es bis zum Grundwasser ab und ergnzt zuvor das
Haft- undKapillarwasser. Durch Sickerwsser wird der Wassergehalt
des Bodensentscheidend beeinflusst (Achtung bei eindringenden
Oberflchenwssern).
Grundwasser: ist frei im Untergrund beweglich und fllt alle
Poren aus. Esliegt entweder ein Grundwasserstrom oder ein
Grundwasserbecken vor.
Speziell bei artesischem Grundwasser ist bei der Fundierung
Vorsicht geboten, damitbeim Aushub der Baugrube der Boden nicht
aufbricht. Unter Bercksichtigung einesSicherheitsfaktors ist das
Gleichgewicht zwischen Wasserdruck und Bodengewichtnachzuweisen
(siehe Erweiterungsband 3-1).
030.1.4.1 STRMUNG
Im Regelfall tritt strmendes Grundwasser mit einem im
Allgemeinen sehr geringenStrmungsgeflle (hydraulisches Geflle) auf.
Eine Strmung kann grundstzlichlaminar oder turbulent sein,
Grundwasser strmt dabei in der Regel laminar. Nur in
Abbildung 030.1-15: Grundwasserarten
A FREIES UNGESPANNTES GRUNDWASSERB FREIES SCHWEBENDES
GRUNDWASSERC ARTESISCHES GRUNDWASSERD GRUNDWASSERSTOCKWERKE
Baugrund
-
27
Die Werte des Durchlssigkeitsfaktors k knnen stark schwanken und
hngen sehrvon der Gre der einzelnen Poren und weniger von der
Gesamtmenge der Porenab. Ebenfalls spielt die Richtung der
Durchstrmung eine Rolle. Der Durchlssig-keitsfaktors ist auch ein
wichtiger Wert fr die Dichtigkeit bzw. Ergiebigkeit der Bdenbei der
Wasserversorgung eines Grundwassergebietes und kann sich mit der
Zeitndern (Selbstdichtung des Bodens bei Absetzbecken in der Sohle
k wird kleiner.Bei Kiesen etc. bilden sich eigene Rhren aus k wird
grer).
grobem Blockwerk oder sehr gleichkrnigen Bden kann auch eine
turbulenteStrmung auftreten.
Sind die Strmungsverhltnisse stationr, kann das Gesetz von Darcy
fr dieFiltergeschwindigkeit als rechnerische Durchschnittsgre
angesetzt werden. DerDurchlssigkeitsfaktor ist dabei fr jeden Boden
verschieden und wird im Laborbestimmt.
Im Boden mit einer Grundrissflche A stehen fr die Versickerung
von Oberflchen-wssern dem Wasser nur die Hohlrume und Poren
(Porenflche AP) zur Verfgung.Die sich daraus ergebende
Sickergeschwindigkeit vs ist aber grer als die
Filter-geschwindigkeit im Grundwasserstrom.
(030.1-14)
v Filtergeschwindigkeit [m/sec]k Durchlssigkeitsfaktor
[m/sec]
vs Sickergeschwindigkeit [m/sec]q Wassermenge pro Zeiteinheit
[m3/sec]Ap Flche der Poren [m2]
(030.1-15)
(030.1-16)
A Querschnittsflche [m2]Q Wassermenge gesamt [m3 ]
Tabelle 030.1-06: Durchlssigkeitsfaktoren von Bden
Bodenart Durchlssigkeitsfaktor k [m/s]
sandiger Kies 2102 bis 1104
Sand 1103 bis 1105
Schluff-Sand-Gemische 5105 bis 1107
Schluff 5106 bis 1108
Ton 1108 bis 11012
(030.1-13)
i hydraulisches Geflle []L Lnge [m]H Hhe [m]
Wasser im Boden
-
28
030.1.4.2 WASSERDRUCK
Unterhalb des Grundwasserspiegels wirkt auf den Boden ein
allseitiger Wasserdruck,wobei sich die Seitendrcke aufheben und
sich die resultierende Kraft Rws auf einBodenvolumen aus der
Differenz von Sohlkraft und Scheitelkraft errechnet.
Betrachtet man die Summe aller Krfte, die aus dem Wasser auf das
Bodenteilchenwirken, ergibt sich eine resultierende Kraft Rw, die
von unten nach oben wirkt und demAuftrieb im Boden entspricht.
Unter Bercksichtigung der Gewichtskraft der reinen Festmasse Gs
ergeben sich dreiMglichkeiten zur Ermittlung der effektiven
Bodenspannungen unterhalb des Grund-wasserspiegels.
(030.1-19)
Gs resultierende Kraft Festmasse [kN]s Wichte Festmasse
[kN/m3]
(030.1-18)
Rw resultierende Kraft Wasser = AUFTRIEB [kN]GW Wassergewicht im
Bodenteilchen [kN]n Porenzahl []
(030.1-17)
Rws resultierende Kraft [kN]w Wichte Wasser = 10 kN/m3]z Hhe
Bodenteilchen [m]A Flche Bodenteilchen [m2]V Volumen Bodenteilchen
[m3]
(030.1-20)
GA res. Kraft Festmasse unter Auftrieb [kN] Wichte Boden unter
Auftrieb [kN/m3]eff effektive Bodenspannung [kN/m2]
Baugrund
-
29
030.1.5 BODENERKUNDUNGEN
Der Umfang von Bodenerkundungen und Bodenaufschlssen nach NORM B
4402[54] oder DIN 4020 [44] ist derart anzusetzen, dass alle fr die
weitere Planungerforderlichen Angaben ber die Untergrundverhltnisse
(Bodenschichten, Grund-wasserstnde, bodenphysikalische und
bodenchemische Eigenschaften etc.) vorlie-gen. Fr die Abschtzung
von Setzungen mssen zustzlich auch die Bodenschich-ten in greren
Tiefen unter den Fundamentunterkanten bekannt sein. Dennochstellen
alle Bodenaufschlsse nur Nadelstiche dar, die nur eine generelle
Beschrei-bung der Untergrundverhltnisse ermglichen. Es ist daher
unbedingt erforderlich,whrend der Bauarbeiten dieses generelle Bild
einerseits auf seine Richtigkeit zuverifizieren und andererseits zu
verbessern bzw. zu adaptieren. Bei Grobauvor-haben bzw. schwierigen
Grndungsverhltnissen hat es sich daher bewhrt, einegeotechnische
Fachbauaufsicht einzusetzen.
Als Mindesterfordernis fr die Bodenerkundung sollte getrachtet
werden, alle 25,0 meinen Bodenaufschluss abzuteufen, wobei eine
Kombination von Aufschlussbohrun-gen, Rammsondierungen und
Probeschchten oft sinnvoll erscheint. Die Festlegungder Art und
Lage der Bodenaufschlsse ist vom Architekten gemeinsam mit dem
Trag-werksplaner und Bodengutachter festzulegen. Die Kosten dieser
Bodenaufschlssesind im Vergleich zu den Baukosten sehr gering, ihre
Ergebnisse knnen jedoch gravie-rende Auswirkungen auf die Baukosten
aufweisen und unter Umstnden sogar eineBauausfhrung in Frage
stellen (kontaminierte Bden, Grundwassersituation etc.).
Bodenaufschlsse sollten zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem ihre
Ergebnisse undSchlussfolgerungen ohne groe nderungen in die Planung
einflieen knnen. Nachder Beendigung der Bodenaufschlussarbeiten
(Probeschchte, Sondierungen, Boh-rungen etc.) sind noch
Laboruntersuchungen erforderlich, die ebenfalls einen gewis-sen
Zeitrahmen erfordern. Erst nach dem Vorliegen dieser Bodenanalysen
kann eineendgltige Beurteilung der Untergrundverhltnisse erfolgen,
die dann Basis frweitere grundbautechnische Planungen sind. Es ist
jedoch denkbar, die Bodenauf-schlsse in zwei Phasen durchzufhren,
wobei zunchst ein weitmaschiges Netz vonBodenaufschlssen
niedergebracht wird, das als Grundlage fr die generelle
Planungdient. Im Zuge der Detailplanung wird dann dieses Netz
verdichtet. Wenn sichbeispielsweise aufgrund der ersten Phase
herausstellt, dass eine Grundwasserab-senkung oder -entspannung
erforderlich ist, dann knnen in der zweiten PhasePumpversuche etc.
durchgefhrt werden.
Ergnzend zu den Bodenaufschlssen sind Ausknfte ber
Grundwasserstnde undAltlastenstandorte bei den zustndigen
ffentlichen Dienststellen einzuholen. DieResultate aller
Bodenaufschlsse, Laboratoriumsuntersuchungen und Erhebungenwerden
dann in einem geotechnischen Gutachten zusammengefasst und
sollenGrundlage fr die endgltige Planung sein. Es ist grundstzlich
zu empfehlen, allenan der Bauausfhrung Beteiligten die
Informationen ber die Grndungs- undBodenverhltnisse rechtzeitig
bereitzustellen, d.h. das geotechnische Gutachten derAusschreibung
als Beilage beizufgen.
Tabelle 030.1-07: Arten von Bodenaufschlssen
Indirekte Verfahren Direkte Verfahren
Luftbildaufnahmen Aufnahme freier OberflchenSondierungen
SchrfeGeophysikalische Verfahren Bohrungen
StollenSchchte
Bodenerkundungen
-
30
030.1.5.1 VORUNTERSUCHUNGEN
Voruntersuchungen liefern einen ersten Anhaltspunkt ber mgliche
bzw. zu erwar-tende Bodenverhltnisse und knnen als Grundlage fr
weitere Untersuchungendienen.
Geologische Karten bzw. sonstige Verffentlichungen geben nur
sehrbeschrnkt Auskunft und sind aber fr generelle berlegungen
hilfreich(Erdbebengefahr, Rutschhnge, Bergbaugebiete etc.) (Bild
030.1-01).
Begehung des Bauplatzes und Beurteilung des Pflanzenwuchses
(Schilf,Weiden, Quellen, Nassgallen etc.). Bei Hanglagen weist ein
schiefer Be-wuchs bzw. ein unruhiges Relief auf Rutschungen hin.
Regulierte Bcheknnen frher einen anderen Verlauf gehabt haben.
Erkundigungen bei Nachbarn ber Bodenschichten und
Grundwasser-stnde. Falls kein Nachbargebude unterkellert ist, knnte
das ein Hinweisauf hohe Grundwasserstnde sein.
Abbildung 030.1-16: Ausschnitt geologische Karte Bereich
N-Amstetten [20]
Baugrund
-
31
Erhebungen aus Archiven wie dem Baugrundkataster, dem
Altlastenkatas-ter, dem Grundwasserkataster, alten Stadtkarten
(z.B. Historischer Atlas),dem Kriegsarchiv etc.
Hinweise durch Gassen- und Ortsnamen auf bestimmte, oft frhere
Boden-verhltnisse wie z.B. Fugbachgasse, Siebenbrunnengasse, Tiefer
Graben,Ziegelofengasse, Wallgasse, An den Eisteichen,
Teichgasse.
030.1.5.2 PROBESCHCHTE
Probeschchte sind ein relativ billiges Verfahren zur
Bodenerkundung und nur inbegrenzter Tiefe bzw. bis zum
Grundwasserspiegel herstellbar. Unter dem Grundwas-serspiegel
bricht meist der Boden nach, ebenso im Bereich von Anschttungen.
Miteinem einfachen Bagger knnen in der Regel Schchte bis in eine
Tiefe von rund 4,05,0 m hergestellt werden. Bei einer generellen
Kenntnis der Untergrundverhltnisseund keiner bzw. einer einfachen
Unterkellerung reicht diese Tiefe fr einen Fachmannoft aus.
Wesentlich ist, dass der gewachsene bzw. tragfhige Boden erreicht
wird.Mit speziellen Gerten sind Probeschchte auch bis in Tiefen von
rund 10,0 mmglich (Bilder 030.1-02 bis 06).
Wichtig ist, vorher zu erkunden, ob eine Zufahrtsmglichkeit
besteht (Parkverbote,Abschrankungen etc.). Weiters sollte vorher
erkundet werden, ob ein Beton- oderAsphaltaufbruch notwendig sein
wird. Der Probeschacht darf nie ungesichert oderunabgeschrankt
offen gelassen werden, eine Warntafel Betreten verboten reichtdafr
nicht aus.
Probeschchte ergeben ein relativ gutes Bild der
Untergrundverhltnisse und ermg-lichen auch eine Entnahme von Boden-
und Wasserproben. Die Begutachtung undAbnahme sollte jedoch wegen
der Absturzgefahr in den Schacht nie von einerEinzelperson
durchgefhrt werden. Vor der Messung der Grundwasserstnde musseine
Ausspiegelung des Wasserstandes abgewartet werden, da zufolge des
Aus-hubes von Bodenmaterial zunchst der Grundwasserspiegel im
Schacht tiefer ist.Ebenso ist auf Schicht- oder
Sickerwasserzutritte zu achten Schichtwasser tritt insandigen
Zwischenlagen und Sickerwasser an der Oberflche bindiger
Boden-schichten auf. Oft ist die Ausspiegelung erst nach einem Tag
oder lnger eingetreten.Bei Niederschlgen kann sich in lnger offen
stehenden Schchten Wasser an derSchachtsohle sammeln, das dann
nicht als Grundwasser interpretiert werden darf.
030.1.5.3 AUFSCHLUSSBOHRUNGEN
Sie knnen in beliebige Tiefen abgeteuft werden und ergeben einen
durchgehendenBodenaufschluss. Die Wahl der Bohrmethode, die Tiefe
der Aufschlussbohrung undsonstige Untersuchungen mssen aufgrund der
allgemeinen Kenntnis der Unter-grundverhltnisse und der Art des
geplanten Bauvorhabens vorher festgelegt werden(Bilder 030.1-07 bis
20, 26 und 27).
Es ist nicht der Zweck einer Aufschlussbohrung, auf billigste
Weise ein Loch im Bodenherzustellen, sonders es sollte wichtig
sein, dass die Aufschlussbohrungen von einerFachfirma durchgefhrt
werden und die Bodenansprache durch den Bohrmeisterrichtig erfolgt.
Das Ergebnis wird dann in einem Schichtprofil dargestellt, bei
demdarauf zu achten ist, dass in diesem Schichtprofil absolute
Hhenkoten eingetragensind und auch ein Plan mit der Lage der
einzelnen Bohrpunkte beiliegt.
Bodenerkundungen
-
32
Das hufigste Verfahren ist eine Kernbohrung. Sie liefert einen
durchgehenden Bohr-kern, der dann vom geotechnischen Gutachter in
Augenschein genommen und be-urteilt wird. Weiters knnen aus diesen
Bohrkernen gestrte und ungestrte Bodenpro-ben entnommen werden. Die
Bodenproben mssen jedoch vor Durchnssungen, Aus-trocknen oder Frost
geschtzt werden (Einschlagen in Plastikfolie oder
Paraffinieren).Bei gespanntem Grundwasser muss vor Durchfhrung von
Wasserspiegelmessungeneine Ausspiegelung abgewartet werden
(geschieht oft nicht). Des Weiteren bestehtauch die Gefahr, dass
dnne, Schichtwasser fhrende Feinsandschichten berbohrtund damit
nicht erkannt werden. Bei Rotationskernbohrungen ist darauf zu
achten,dass es nicht zufolge der Reibungshitze zum Verbrennen des
Bodens kommt. Frungestrte Bodenproben ist die Gteklasse 1
anzustreben bzw. auszuschreiben.
Tabelle 030.1-09: Gteklassen fr Bodenproben [10]
Gteklasse Bodenuntersuchungen ergnzend zu
Bodenprobenfeststellbare Merkmale
Kornzusammensetzung FeinschichtgrenzenWassergehalt
Konsistenzgrenzen
1 Dichte Grenzen der LagerungsdichteSteifemodul organische
BestandteileScherfestigkeit
PorenanteilWasserdurchlssigkeitsbeiwert
Kornzusammensetzung FeinschichtgrenzenWassergehalt
Konsistenzgrenzen
2 Dichte Grenzen der Lagerungsdichteorganische
BestandteilePorenanteil
Kornzusammensetzung Schichtgrenzen
3Wassergehalt Konsistenzgrenzen
Grenzen der Lagerungsdichteorganische Bestandteile
Kornzusammensetzung Schichtgrenzen
4KonsistenzgrenzenGrenzen der Lagerungsdichteorganische
Bestandteile
5 Schichtenfolge
Tabelle 030.1-08: Bohrverfahren in Bden nach der Art der
gewinnbaren Proben [16]
Art der blicher erreichbaregewinnbaren Bohrverfahren Bohrdurch-
GteklasseProben messer [mm] Bodenprobe
durchgehend Rotationstrockenkernbohrung 65 150 2 4gekernte
Rotationskernbohrung 65 150 1 4Proben Rammkernbohrung 60 300 1
4
Druckkernbohrung 50 150 1 4
durchgehend nicht Handdrehbohrung 80 400 3 4gekernte Proben
Maschinendrehbohrung 100 2000 3 4
Schlagbohrung 150 400 3 4Greiferbohrung 400 2500 3 5
unvollstndige Splbohrung 60 500 5Proben Rotationssplbohrung 60
1000 4 5
Schlagbohrung 75 500 4 5Meielsplbohrung 75 300 5
geringe Handdrehbohrung 30 80 3 4Probenmengen Rammsondierung +
Kernentnahme 30 50 2 4
Sondierbohrung mit Rillenbohrer 20 40 3 5Handbohrung 20 40 3
4Drucksondierung + Kernentnahme 30 40 2 3
Baugrund
-
33
Abbildung 030.1-17: Bohrprotokoll Aufschlussbohrung
Bodenerkundungen
-
34
Um eine gesicherte Aussage ber die Grundwasserverhltnisse zu
ermglichen, istes notwendig, in die Bohrung einen Pegel einzubauen.
Ein Beobachtungspegel weistdabei einen Mindestdurchmesser von ~ 50
mm (2 Zoll) auf, fr Pumpversuche oderdergleichen ist ein
Durchmesser von mindestens ~ 100 mm (4 Zoll) erforderlich.
DieBohrung muss in jedem Fall entsprechend grer ausgelegt sein.
Zustzlich knnenin einer Aufschlussbohrung neben Pumpversuchen auch
weitere Versuche wieStandard Penetration Tests (SPT) oder
Flowmetermessungen (Bestimmung bzw.Verteilung des
Durchlssigkeitsfaktors ber die Bohrtiefe) durchgefhrt werden.
DieBohrleistungen liegen in Abhngigkeit von Bohrmethode,
Bohrdurchmesser undBodenverhltnissen zwischen 6 und 20 m pro Tag.
Beim Antreffen von gespanntemGrundwasser muss zustzlich mit
Wasserauflast gebohrt werden, da andernfalls einhydraulischer
Grundbruch mglich ist.
030.1.5.4 RAMMSONDIERUNGEN
Bei einer Rammsondierung wird aufgrund des Rammwiderstandes beim
Einschlageneiner genormten Sonde in den Boden auf dessen Konsistenz
(bindige Bden) oderLagerungsdichte (nichtbindige Bden) geschlossen.
Das heit, der Boden selbst istnicht zu sehen, sondern wird nur
indirekt beurteilt. Die Deutung der Ergebnisse einerRammsondierung
setzt eine gewisse Erfahrung voraus und ist besonders
beiAnschttungen problematisch. Daher sollten Rammsondierungen nur
dann ausge-fhrt werden, wenn die generellen Untergrundverhltnisse
aufgrund der allgemeinenGeologie oder von Aufschlussbohrungen in
der unmittelbaren und nheren Umge-bung bereits bekannt sind. Sie
stellen nur in Ausnahmefllen eine echte Alternative
zuAufschlussbohrungen dar, werden aber oft zur berprfung der
Qualitt einerBodenverdichtung verwendet (Bilder 030.1-21, 22 und
25).
Das Ergebnis einer Rammsondierung ist ein Rammdiagramm, in dem
die Schlagzah-len Anzahl der Schlge N10 bei 10 cm Sondeneindringung
aufgezeichnet sind.Zufolge des Grundwassers bzw. runder Kornform
und Sandarmut kommt es zu einemAbfall der Schlagzahlen.
Abbildung 030.1-18: Rammsondierung Rammdiagramm
Baugrund
-
35
Aus der Vielzahl von Rammsonden hat sich in den letzten Jahren
die schwereRammsonde SRS 15 durchgesetzt. Die dabei festgestellten
Schlagzahlen N10 knnennach Tabelle 030.1-11 hinsichtlich der
Bodenkonsistenz gedeutet werden, wobei diesbei bindigen Bden oft
sehr problematisch ist. In den einschlgigen Normen sindebenfalls
Auswerteformeln fr die Lagerungsdichte D angefhrt.
Neben den Rammsondierungen gibt es auch Drucksondierungen bzw.
eine Bestim-mung der Scherfestigkeit mit Flgelsonden. Wichtig bei
allen Ergebnissen ist eineabsolute Hhenangabe des Ansatzpunktes.
Eine Sonderform der Rammsondierungist der Standard Penetration
Test. Bei dieser Rammsondierung im Bohrloch wird freine 30 cm tiefe
Eindringung einer genormten Sonde in den untersuchten Boden
dieSchlagzahl n30 bestimmt, wobei vor der Messung die Sonde zunchst
15 cm tiefeingeschlagen wird.
030.1.5.5 FUNDAMENTAUFSCHLIESSUNGSSCHCHTE
Bei Baulckenverbauungen ist es unbedingt erforderlich, die Art
der Grndung, derangrenzenden Feuer- und Auenmauern der
Nachbargebude zu erkunden. Dazudienen Fundamentaufschlieungsschchte
bis unter die Unterkanten dieser Funda-mente. Zur Feststellung, ob
die untersuchten Fundamente mittels Pfhlen gegrndetsind, mssen sie
zustzlich unter- bzw. hintergraben werden.
Die Fundamentaufschlieungsschchte sollten, falls das Grundwasser
es gestattet,bis rund 1,0 m unter die Fundamentunterkanten reichen.
Dadurch ist es mglich,einerseits die Qualitt der Fundamentkrper und
andererseits die Bodenverhltnisseunter den Fundamentunterkanten
genauer zu beurteilen. Bei Aufstockungen vonBauwerken oder
Dachgeschoausbauten sind derartige Untersuchungen der vorhan-denen
Fundierung zur gesicherten Beurteilung der Grndungsverhltnisse
unbedingterforderlich.
Tabelle 030.1-10: Rammsondierung Interpretation Konsistenz
Schlagzahl nichtbindiger Boden bindiger Boden
1 < N10 < 3 sehr locker breiig bis weichplastisch3 <
N10 < 7 locker weichplastisch bis steifplastisch
7 < N10 < 20 mitteldicht steifplastisch bis halbfest20
< N10 dicht halbfest bis fest
Tabelle 030.1-11: Rammsondierung Interpretation Standard
Penetration Test
Schlagzahl Konsistenz des Bodens Lagerungsdichte D
0 < N30 < 4 sehr locker 0,00 bis 0,154 < N30 < 10
locker 0,15 bis 0,3510 < N30 < 30 mittel 0,35 bis 0,6530 <
N30 < 50 dicht 0,65 bis 0,85
50 < N30 sehr dicht 0,85 bis 1,00
0 < N30 < 2 breiig2 < N30 < 8 weichplastisch
8 < N30 < 15 steifplastisch15 < N30 < 30
halbfest
30 < N30 fest
nic
htb
ind
.B
od
enb
ind
iger
Bo
den
Bodenerkundungen
-
36
030.1.5.6 SONSTIGE ERKUNDUNGEN
Bodenradarmessungen werden im Grundbau zur zerstrungsfreien
Erkundung desgeologischen Untergrundes (mit struktureller
Erfassung) eingesetzt. Durch dietechnische Entwicklung stehen heute
leicht zu handhabende und sehr mobileMessgerte zur Verfgung. Die
Messungen werden von der Erdoberflche aus aufMesslinien oder im
Raster zur flchenhaften Darstellung der Untergrundverhlt-nisse
durchgefhrt. Fr die unterschiedlichen Aufgabenstellungen steht
eineReihe von Sender- und Antennenkonstellationen zur Verfgung.
Diese werdenbentigt, da die gesendete Grundfrequenz mageblich fr
das Auflsungsver-mgen bzw. die Eindringtiefe der Messung ist. Nach
der Aufgabenstellung mussdie Wahl der Frequenz und der Messdauer
erfolgen. Je hher die Frequenzgewhlt wird, desto kleiner ist die
erzielbare Eindringtiefe, aber umso besser istdie Auflsung. Bei
Bodenradarmessungen besteht die Mglichkeit, die gewachse-nen
Bodenstrukturen (natrliche Sedimentation) und die knstlich
aufgeschttetenBereiche festzustellen. Der natrliche Boden zeigt
aufgrund seiner Schichtungmeist ein relativ gleichmiges
Reflexionsbild, die Aufschttungsbereiche bewir-ken eine starke
Absorption der Radarenergie und zeigen demnach hufig sehrinhomogene
Reflexionen.
Radionukleare Methoden zur Bestimmung des Wassergehaltes mittels
Neutronen-strahlen und der Dichte mittels Gammastrahlen
(Rntgenstrahlen) werden etwaseit 1950 fr Baugrunduntersuchungen
eingesetzt. Die Grundlage der Messungenbilden radioaktive
Strahlungen eines Isotops (Isotopensonde) und die Absorptionder
Strahlung durch den Boden. Mit einer Oberflchenmessung knnen dabei
nurSchichten bis zu 10 cm Tiefe erreicht werden, die Einstichsonde
reicht bis rund60 cm in den Baugrund. Untersuchungen in greren
Tiefen erfordern dannDoppelsonden oder Tiefensonden, die
entsprechend weit in den Baugrundeinzuschlagen oder einzubohren
sind.
Abbildung 030.1-19: Bodenerkundungen mittels Isotopenmessungen
[16]
TIEFENSONDEOBERFLCHENMESSUNG EINSTICHSONDE DOPPELSONDE
Messungen im Bohrloch dienen der Ermittlung des Steifemoduls in
greren Tiefen,wo Probebelastungen oder Plattendruckversuche nicht
mehr mglich sind. DerBoden wird dabei im Bohrloch mit Druckluft
belastet und daraus Rckschlsse aufseine Zusammendrckbarkeit und
Festigkeit geschlossen (Pressiometer nachMenard ).
Baugrund
-
37
Probebelastungen sind sehr aufwndig und werden zum Teil bei
Pfhlen durchge-fhrt. Insbesonders bei Kleinbohrpfhlen oder duktilen
Rammpfhlen sind Probe-belastungen wirtschaftlich vertretbar (siehe
auch Kapitel 030.4).
Geophysikalische Methoden wie Seismik, dynamische
Bodenuntersuchungen undgeoelektrische Verfahren werden zur
Baugrunderkundung im geotechnischenSinn kaum angewandt.
030.1.5.7 GRUNDWASSERERKUNDUNGEN
Das Grundwasser weist jahreszeitlich und witterungsbedingt
Schwankungen auf.Daher sind die in den Bodenaufschlssen
festgestellten Grundwasserstnde nurAugenblicksaufnahmen. Um lngere
Beobachtungen durchzufhren, ist es erforder-lich, Pegel zu setzen
und auch die Wasserstnde benachbarter Brunnen und Pegelzu erheben
(Bilder 030.1-23 und 24).
Wichtig fr Wasserhaltungen etc. ist die Durchlssigkeit der
anstehenden Bden.Dafr werden Pumpversuche, Auffllversuche oder
Beobachtungen des Wieder-anstieges im Bohrloch nach einem Auspumpen
durchgefhrt. Es ist auch mglich, beigeringen Durchlssigkeiten
Wasserabpressversuche durchzufhren. Die Auswertungvon Pumpversuchen
erfolgt mittels Nherungsformeln, die stark streuende
Resultateergeben. Es kann daher lediglich die Zehnerpotenz des
Durchlssigkeitsfaktorsbestimmt werden.
Besonders wichtig sind Erkundungen von gespannten
Grundwasserhorizonten unterder zuknftigen Baugrubensohle, da in
diesen Fllen die Gefahr von hydraulischenGrundbrchen besteht. Hier
ist es erforderlich, bis in grere Tiefen Aufschluss-bohrungen
abzuteufen.
030.1.6 BODENUNTERSUCHUNGEN
Grundstzlich muss zwischen gestrten und ungestrten Bodenproben
unterschiedenwerden. Ungestrte Bodenproben knnen nur aus
Aufschlussbohrungen und Probe-schchten entnommen werden, gestrte
Bodenproben auch aus der Nut einerNutsonde oder dem Spl- oder
Frdergut einer Ankerbohrung bzw. dem Frderguteiner
Pfahlschneckenbohrung. Die Entnahme von Wasserproben ist aus
Probe-schchten und Aufschlussbohrungen mglich, fr Boden-Luftproben
sind spezielleAufschlussbohrungen erforderlich. Aus nicht bindigen
Bodenschichten sind kaumungestrte Bodenproben zu entnehmen.
Gestrte Bodenproben bedrfen keiner besonderen Aufbewahrung bzw.
Lagerung.Sie werden in der Regel in Kbeln gesammelt und zur
Versuchsanstalt geliefert. DieProbenmenge ergibt sich in der Regel
nach der Bodenart, wobei Schotterproben in10-Liter-Kbeln und
Sandproben in 2-Liter-Kbeln aufbewahrt werden.
Zur Entnahme ungestrter Bodenproben sind spezielle Entnahmegerte
erforderlich.Aus Probeschchten werden die Proben mittels
Ausstechzylinder gewonnen und beiKernbohrungen ein mglichst
durchgehender, ungestrter Bodenkern gezogen, ausdem ungestrte
Bodenproben entnommen werden. Fr Schlag- oder Drehbohrungengibt es
eigene Entnahmegerte. Der Durchmesser ungestrter Bodenproben
betrgtrund 10,0 cm und die Lnge 20,030,0 cm. Wichtig ist, die
ungestrte Bodenprobenach der Gewinnung sofort vor Austrocknung oder
dem Gefrieren zu schtzen.
Bodenuntersuchungen
-
38
Entweder wird die Probe einparaffiniert oder in eigenen Plastik-
oder Blechrhreneingeschlossen. Die Lagerung sollte in feuchten
Rumen bei konstanter Temperaturerfolgen, wobei einparaffinierte
Proben in mit Sgescharten aufgefllten Kbeln oderDosen lagern.
Ungestrte Bodenproben sollten raschest in die
Versuchsanstaltgeliefert werden, da sie trotz ihrer Paraffinierung
etc. mit der Zeit austrocknen.Bohrkerne sind in den Kernkisten in
Plastik einzuschlagen. Gestrte Bodenprobenund Wasserproben bedrfen
keiner speziellen Lagerung. Die Lagerung im Freien istgenerell
abzulehnen.
030.1.6.1 BODENPHYSIKALISCHE UNTERSUCHUNGEN
Zur Ermittlung der Bodenkennwerte steht eine Reihe von
gebruchlichen bodenphysi-kalischen Versuchen zur Verfgung. Fr die
Klassifizierung werden im Allgemeinendie Krnungslinie und die
Konsistenzgrenzen bestimmt. Der Zustand kann durch dieBestimmung
des natrlichen Wassergehaltes und der Dichte in natrlicher,
lockererund dichtester Lagerung beurteilt werden.
Die wichtigsten Versuche sind die Bestimmung der Festigkeits-
und Verformungs-eigenschaften. Als einfache Standardversuche dienen
dafr der einachsiale Druck-versuch, direkte und indirekte
Scherversuche (Triaxialversuche) und Kompressions-versuche. Aus
hydraulischer Sicht ist die Bestimmung des
Durchlssigkeitsfaktorsvon Bedeutung.
Tabelle 030.1-12: Bodenphysikalische Untersuchungen
Formelzeichen BodenkennwertProbenart
gestrt ungestrt
w natrlicher Wassergehalt +s Korndichte + + Dichte +n
Porenanteil +e Porenzahl +Sr Sttigungsgrad +
WL, wS, wP Konsistenzgrenzen + + Krnungslinie + +
Vgl Glhverlust + + Frostsicherheit + + lockerste und dichteste
Lagerung + +D Lagerungsdichte +
VCa Kalkgehalt + +
k Durchlssigkeit + +
qu Druckfestigkeit + Reibungswinkel + +c Kohsion +r
Restscherfestigkeit + +Es Zusammendrckbarkeit +c geologische
Vorbelastung +
Krnungslinie + +pr Proctordichte + +
Baugrund
-
39
Da die Versuche an Bodenproben durchgefhrt werden, deren
physikalische Eigen-schaften zufolge der Probenentnahme und
Bearbeitung im Laboratorium bereitsverndert sein knnen, ergeben
sich naturgem daraus bereits Abweichungen undSchwankungen.
Bodenschichten sind inhomogen und anisotrop. Das bedeutet,
dassverschiedene Eigenschaften des Bodens wie etwa Durchlssigkeit,
Zusammen-drckbarkeit, Druckfestigkeit etc. richtungsabhngig sind.
So schwankt derDurchlssigkeitsfaktor je nach der
Durchstrmungsrichtung unter Umstnden um biszu zwei
Zehnerpotenzen.
030.1.6.2 BODENCHEMISCHE UNTERSUCHUNGEN
Da seit einigen Jahren relativ strenge Vorschriften bezglich der
Deponierung vonAushub- und Abbruchmaterial bestehen, kommt den
bodenchemischen Unter-suchungen erhhte Bedeutung zu. Ursprnglich
wurde lediglich die Eluatklassebestimmt, nunmehr ist auch der
Feststoffgehalt magebend, d.h. es wird nicht nur dasEluat
untersucht, sondern es erfolgt auch eine Gesamtbeurteilung des
Materials. Frdie Zuordnung auf die jeweilige Deponie gilt die
Deponieverordnung, wobei derzeit insterreich vier Deponietypen
unterschieden werden:
Bodenaushubdeponie Baurestmassendeponie Reststoffdeponie
Massenabfalldeponie
Werden die Grenzwerte einzelner Deponietypen berschritten, ist
der hhere Depo-nietyp mageblich. Bei zu hoher Kontaminierung ist
das Material vorzubehandelnoder anderwrtig zu entsorgen
(Sondermll).
Fr die bodenchemische Untersuchung gengt eine gestrte
5-Liter-Probe, die wennmglich in eine Glasflasche oder einen
verschlossenen Plastikkbel verpackt werdensoll. Es kann entweder
eine Mischprobe oder eine Probe aus einem speziellenHorizont
entnommen werden.
Unabhngig von den bodenchemischen Untersuchungen ist es
zweckmig, wh-rend der Bauarbeiten (Aushub, Abbruch etc.) durch
einen vom Bauherrn bereitgestell-ten Zivilingenieur fr technische
Chemie eine Trennung des Aushubmaterials nachEluatklassen vornehmen
und die Art der Deponierung festlegen zu lassen. Es kannauch
empfehlenswert sein, bereits vor dem Ankauf einer Liegenschaft
bodenchemi-sche Untersuchungen durchzufhren oder sich vorlegen zu
lassen.
030.1.6.3 CHEMISCHE GRUNDWASSERANALYSEN
Bei Bauvorhaben, bei denen einzelne Bauteile in stndigem oder
lngerem Kontaktmit dem Grundwasser stehen werden, ist eine
chemische Analyse des Grundwassershinsichtlich einer
Betonaggressivitt unbedingt anzuraten. Besonders der
Sulfatgehaltund der Anteil aggressiver Kohlensure sind zu
bestimmen.
Fr chemische Grundwasseranalysen sind immer zwei Proben zu
entnehmen, wobeieiner Wasserprobe Marmorpulver zur Bindung der
Kohlensure zugesetzt wird(Probenmenge 0,250,5 Liter). Die Proben
sollten sofort nach dem Antreffen desGrund-, Schicht- oder
Sickerwassers entnommen werden. Es ist zweckmig, nichtnur die
chemischen Untersuchungen zu beaufsichtigen, sondern auch ein
Gutachtenbezglich der erforderlichen Expositionsklasse des Betons
nach NORM B 4710-1[53] zu bestellen.
Bodenuntersuchungen
-
40
Zur Bestimmung der Eignung als Trinkwasser sind weiterfhrende
Untersuchungenerforderlich. Es ist zunchst Wasser ber einen lngeren
Zeitraum abzupumpen unddie Wasserprobe durch Fachpersonal entnehmen
zu lassen. Fr die Projektierungvon Trinkwasseranlagen sind neben
den hygienischen Anforderungen auch derGehalt an Eisen, Nitrat etc.
zu bestimmen.
030.1.6.4 BODENPHYSIKALISCHE FELDVERSUCHE
Sie dienen vor allem zur Feststellung der Lagerungsdichte nicht
bindiger Bden. ImEinzelnen sind dies Rammsondierungen, Standard
Penetration Tests, Dichtebestim-mungen mithilfe der Sand- oder
Wasserersatzmethode bzw. Isotopensondierung.
030.1.6.5 BODEN-LUFT-MESSUNGEN
Besonders im Bereich von alten Hausmll- oder Sondermlldeponien,
alten Tankstel-len, bei Tankwagenunfllen etc. werden diese
Messungen durchgefhrt. Durch dieVerrottung von organischen
Bestandteilen bzw. flchtigen Kohlenwasserstoffen kannauch ein
explosives Gemisch entstehen. In der Regel werden zur Erkundung
solcherVerunreinigungen Rammkernbohrungen mit kleinen Durchmessern
abgeteuft, ausdenen Luftproben abgesaugt werden. Zustzlich ist es
mglich, ber Luftpegelrohremit Durchmesser 50 mm (2 Zoll) eine
Bodenluftabsaugung oder Bodenluftsplungdurchzufhren.
Bodenluftabsaugungsvorrichtungen bentigen eine
Explosionsberwachung, einenWasserabscheider und einen
Aktivkohlefilter. Die Absaugung erfolgt ber eine Unter-druckpumpe,
frische Luft wird eingeblasen. Die Untersuchung der
Bodenluftprobenerfolgt dann mittels Gaschromatografen im Labor oder
bereits mittels physikalischerDetektoren vor Ort.
030.1.7 BODENKENNWERTE
Die Klassifikation und Zustandsbeschreibung von Bden einerseits
wie auch smt-liche geotechnischen Berechnungen andererseits
erfordern die Kenntnis von Boden-kennwerten, welche den Untergrund
gengend genau beschreiben bzw. charakte-risieren. Solche
Bodenkennwerte lassen sich durch allgemeine
Laboratoriumsunter-suchungen von Bodenproben oder durch
In-situ-Versuche bestimmen. Eine darausresultierende Annahme eines
homogenen und isotropen Schichtaufbaues wrde eineIdealisierung
darstellen. Die Bodenkennwerte unterliegen innerhalb dieser
Schichtenmehr oder weniger betrchtlichen Schwankungen. Zufolge
dieser naturgegebenenInhomogenitt und Anisotropie der
Bodenschichten ist es notwendig, jeweils mehrereBodenproben aus
einer Schichte zu untersuchen. Durch diese Untersuchungen ist
esauch mglich, die Bandbreite der einzelnen Kennwerte zu bestimmen
und einekritische und statistische Auswertung vorzunehmen. Um die
volle Schwankungsbreiteder Bodeneigenschaften zu erhalten, wird man
sich im Allgemeinen auf einfachbestimmbare klassifikations- und
zustandsbeschreibende Kennwerte und einfacheVersuche zur Bestimmung
der Festigkeitseigenschaften beschrnken. Die nach-folgende Tabelle
enthlt die wichtigsten Bodenkennwerte in ihrer natrlichen
Band-breite.
Baugrund
-
41Bodenkennwerte
grob
krn
ige
Bd
enge
mis
chtk
rni
ge B
den
fein
krn
ige
Bd
enB
den
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Bei
men
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Bd
enA
uff
l-lu
ngen
19,0 10,0 30,0 30.0000,02,021,0 11,0 35,0 50.000
18,0 9,0 27,5 20.0000,02,020,0 10,5 32,5 40.000
nicht brenn-oderschwelbar
brenn- oderschwelbar
Tabelle 030.1-13: Bodenkennwerte
Kurz- Gruppen ks czeichen [kN/m3] [kN/m3] [] [kN/m3]
[kN/m2]GE
Kies
enggestufte Kiese19,0 9,5 32,5 35.000
0,021,0 11,0 35,0 60.000
GW weitgestufte Kies- 20,0 10,0 35,0 40.0000,0Sand-Gemische 22,0
12,0 37,5 150.000
GI intermittierend gestufte 19,0 10,0 35,0
40.0000,0Kies-Sand-Gemische 22,0 12,0 37,5 120.000
SE
Sand
enggestufte Sande18,0 9,0 30,0 30.000
0,02,020,0 11,0 35,0 50.000
SW weitgestufte Sand-Kies- 19,0 10,0 32,5 35.0000,02,0Gemische
20,0 11,0 35,0 75.000
SI intermittierend gestufte 19,0 10,0 30,0
35.0000,02,0Sand-Kies-Gemische 20,0 11,0 35,0 60.000
GUKies-Schluff-
5 bis 15 Masseanteile
Gemischein % 0,06 mm
GU 5 bis 40 Masseanteilein % 0,06 mm
GTKies-Ton-
5 bis 15 Masseanteile
Gemischein % 0,06 mm
GT 5 bis 40 Masseanteilein % 0,06 mm
SUSand-Schluff-
5 bis 15 Masseanteile
Gemischein % 0,06 mm
SU 5 bis 40 Masseanteilein % 0,06 mm
STSand-Ton-
5 bis 15 Masseanteile
Gemischein % 0,06 mm
ST 5 bis 40 Masseanteilein % 0,06 mm
UL
Schluff
gering plastische 18,0 9,0 25,0 20.0001030Schluffe 20,0 11,0
32,5 40.000
UMmittelplastische Schluffe
18,0 9,0 25,0 20.000104020,0 11,0 30,0 40.000
TL
Ton
gering plastische Tone18,0 9,0 20,0 20.000
205020,0 11,0 27,5 35.000
TMmittelplastische Tone
18,0 9,0 20,0 20.000205020,0 11,0 25,0 35.000
TA ausgeprgt plastische 18,0 9,0 17,5 20.0002060Tone 20,0 11,0
22,5 35.000
OU Schluffe mit organischen16,0 7,0 20,0 10.000 0,015
Beimengungen19,0 10,0 27,5 20.000OT Tone mit organischen
Beimengungen
OH grob- bis gemischtkrnig
17,0 8,0 25,0 10.000 0,05,0
mit Beimengungen
20,0 11,0 30,0 30.000humoser Art
OK grob- bis gemischtkrnigmit kalkigen, kieseligenBildungen
HN nicht bis mig zersetzte12,0 7,0 25,0 3.000 0,0Torfe16,0 9,0
30,0 10.000
HZ zersetzte Torfe
FFaulschlamme
10,0 6,0 20,0 0,00,016,0 8,0 25,0 5.000
[ ] aus natrlichen Bden(Gruppensymbol in eckigen Klammern)
A aus Fremdstoffen
-
42
Bild 030.1-01: geologische Karte N Puchberg (A) [20]
Auszug aus geologischer Karte sterreich Geologische
Bundesanstalt Wien 2003
Farbteil
-
43
Bild 030.1-02 Bild 030.1-03
Bild 030.1-02: Herstellung ProbeschachtBild 030.1-03:
Probeschacht
Bild 030.1-07 Bild 030.1-08
Bild 030.1-07: KernbohrungBild 030.1-08: Bodenproben aus
Kernbohrung Fcherkiste
Bild 030.1-04
Bild 030.1-04: ProbeschachtBild 030.1-05: Probeschacht
Bodenschichtung 02 mBild 030.1-06: Probeschacht Bodenschichtung 35
m