Grundlagen der Baugrundklassifizierung und Gründung

Bodenklassifizierung nach RQD und Aushub

Die Klassifizierung nach RQD (Rock Quality Designation in %) berücksichtigt die folgenden Bodenarten im ursprünglichen Zustand bei Aushubarbeiten:

• Hervorragend oder hart: Abbaubar mit Maschinen und/oder Aufreißern. Hierzu zählen beispielsweise nicht verwittertes, gebrochenes Gestein oder sehr kompakter Boden.
• Gute Qualität: Maschinell abbaubar.
• Mittlere Qualität: Abbaubar mit Spitzhacken, aber nicht mit der Schaufel, wie z. B. halbkompakter Ton mit oder ohne Kies.
• Schlechte Qualität: Abbaubar mit der Schaufel, wie lockere Erde, Mutterboden, Sand usw.
• Sehr schlechte Qualität

Für die Sicherheit bei Gräben und sehr großen Baugruben klassifizieren wir den Boden nach einer visuellen Beurteilung vor Ort in drei Kategorien:

• Standfest: Fels, Mergel usw.
• Bedingt standfest: Kies, Ton, bindige Böden usw.
• Nicht standfest (locker): Lockerer Kies, Sand usw.

Felsiges Gelände, für dessen Aushub Sprengstoffe oder Felsfräsen erforderlich sind, stellt aus sicherheitstechnischer Sicht in der Regel kein Problem dar. In standfestem Fels sind keine besonderen Vorkehrungen für die Wände der Baugrube erforderlich. Es müssen jedoch instabile Blöcke jeglicher Größe entfernt werden, deren Herabfallen Unfälle verursachen könnte.

Bei allen anderen Bodenarten muss zur Gewährleistung der Sicherheit den Wänden eine bestimmte Neigung gegeben werden. Bei Aushubarbeiten in städtischen Gebieten ist dies aus Platzgründen oft nicht möglich, was uns zum Einsatz von Verbausystemen zwingt.

Aggressive Bestandteile im Baugrund

Die genannten Bodenarten kommen in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern sind in verschiedenen Verhältnissen gemischt und können auch andere Elemente enthalten, die für das Fundament aggressiv sein können. Dazu gehören:

• Gips (Sulfate): Reagieren mit feuchtem Zement und korrodieren ungeschützte Bewehrung.
• Salze (Chloride): Reagieren mit feuchtem Zement und korrodieren ungeschützte Bewehrung.
• Kalk (Karbonate): Reagieren mit feuchtem Zement.
• Organische Stoffe: Ihre Abbauprodukte (z. B. Ammoniak und Distickstoffoxid) reagieren mit dem Zement.
• Reines Wasser (z. B. Schmelzwasser): Hat ein hohes Lösungsvermögen und kann Zementbestandteile auslaugen.

Faktoren, die Bodeneigenschaften verändern

Es gibt eine Reihe von Umständen, bei denen fast immer Wasser eine Rolle spielt, die die Eigenschaften eines Baugrunds verändern können, wie z. B. Schwankungen des Grundwasserspiegels, gebrochene erdverlegte Rohre, undichte Abdeckungen usw.

Wasser allein kann beispielsweise Folgendes verursachen:

• Volumenänderungen bei quellfähigen Tonen.
• Transport von nicht bindigen Materialien durch strömendes Wasser.
• Erdrutsche in geschichtetem Gelände, insbesondere wenn Wasser in die Kontaktflächen von Schichten aus Schluff oder Ton eindringt und die Reibungskräfte aufhebt.

Wasser kann den Baugrund auch verändern, indem es aggressive Bestandteile (Sulfate, Karbonate, Chloride, organische Stoffe usw.) enthält, wie es bei industriellen Abwässern der Fall sein kann.

Ebenso wichtig ist die Wirkung der Wurzeln von stark wachsenden Pflanzenarten, die die Stabilität kleinerer Gebäude beeinträchtigen können.

Böschungsstabilität je nach Bodenart

Wenn wir mit dem Aushub beginnen, stören wir ein Gleichgewichtssystem von teils sehr komplexen Kräften und Spannungen.

Führen wir den Aushub in trockenem Sand durch, rutschen die Körner von den Wänden nach unten, bis sie einen bestimmten natürlichen Böschungswinkel erreichen. Dieser Winkel ist von der Höhe der Böschung unabhängig. Führt man den gleichen Vorgang in einem tonigen Boden durch, kann man eine gewisse Tiefe mit fast senkrechten Wänden erreichen. In diesem Fall hängt der mögliche Böschungswinkel von der Höhe ab.

Zwischen reinem Sand und reinem Ton gibt es eine breite Palette von Böden mit unterschiedlichen Reibungs- und Kohäsionswerten.

Die Erfahrung lehrt uns, dass der Boden immer dazu neigt, das von uns gestörte Gleichgewicht wiederherzustellen. In einigen Fällen geschieht dies sofort, wie bei Sand, in anderen Fällen langsamer und kann Stunden, Tage, Monate oder sogar Jahre dauern.

Wenn wir diese Zeitspanne kennen würden, könnten wir den Aushub sicher durchführen. Die Wiederherstellung dieses Gleichgewichts hängt jedoch von mehreren Faktoren ab, die wir nur durch eine gründliche Bodenuntersuchung ermitteln können.

Zu diesen Faktoren gehören:

• Innerer Reibungswinkel
• Korngröße und Kornart
• Scherfestigkeit
• Kohäsion
• Wassergehalt
• Dichte
• Durchlässigkeit
• Standfestigkeit
• Stratigraphie, Schichteinfall und Störungen
• Seitlicher Erddruck
• Vorhandene Leitungen
• Benachbarte Vibrationen

In der Regel sind Verbaumaßnahmen erforderlich, wenn die Böschungsneigung die in Tabellen angegebenen Werte erreicht oder überschreitet.

Kritische Aushubtiefe

Definition

Als kritische Aushubtiefe (Hc) bezeichnet man die maximale Tiefe, bis zu der ein Graben mit senkrechten Wänden ohne Sicherung (Verbau) standfest bleibt.

Als Orientierungswerte gelten die folgenden:

• Sand, Kies: 1,00 m
• Kohäsiver Sand: 1,25 m
• Tonige Böden: 1,50 m
• Sehr kompakter Boden (ohne Fels, mit Presslufthammer abbaubar): 1,80 m
• Sehr kompakter Boden (kein Fels, mit Stangen, Spitzhacken und Keilen abbaubar): 2,00 m
• Kompakter Boden (maschineller Aushub ohne Personal im Graben): 3,00 m

Baugrunderkundung: Geotechnisches Gutachten

Ihr Zweck ist es, die Beschaffenheit und die Eigenschaften des Bodens zu ermitteln, um die am besten geeignete Gründungsart zu definieren und die tragfähige Schicht zu bestimmen.

Eine erste Information kann durch die Untersuchung lokaler Erfahrungen und des Verhaltens von Gründungen benachbarter Gebäude gewonnen werden.

In einigen Fällen und bei untergeordneten Bauwerken mag dies ausreichend sein. In der Regel sind jedoch direkte Erkundungsmethoden erforderlich. Mit diesen lässt sich die Lage der tragfähigen Schicht bestimmen, auf der gebaut werden kann, ohne den zulässigen Bodendruck zu überschreiten und mit Setzungen, die innerhalb der Toleranzen des Bauwerks liegen.

Oft wird das geotechnische Gutachten aus Zeitgründen erst nach dem Bauprojekt erstellt, das bereits eine Gründung vorsieht, die einen bestimmten Druck auf den Baugrund überträgt. In diesen Fällen beschränkt sich die Aufgabe darauf, die Übereinstimmung der Projektdaten mit den tatsächlichen Bodenverhältnissen zu überprüfen. Andernfalls muss die Gründung und in extremen Fällen sogar die Tragstruktur geändert werden.

Wir müssen anerkennen, dass durch ein geotechnisches Gutachten kostspielige Schäden, die durch eine schlechte oder unzureichende Gründung verursacht werden, verhindert werden können, was die Kosten des Gutachtens mehr als rechtfertigt. Bei öffentlichen Gebäuden und im geförderten Wohnungsbau sind diese Gutachten zwingend vorgeschrieben, und es gibt eine grundlegende Regel, die, sobald sie veröffentlicht ist, für alle Arten von Gebäuden verbindlich wird.

Flachgründungen

• Einzelfundamente
• Exzentrische Fundamente
• Kombinierte Fundamente
• Fundamentbalken
• Streifenfundamente
• Massive Gründungsplatten
• Verstärkte Gründungsplatten (mit Kapitellen)
• Rippenplatten
• Schwimmende Gründungen

Tiefgründungen

• Fertigteilpfähle
• Ortbetonpfähle