Baustatik - Gründung

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030.1 BAUGRUND Die Gründung eines Bauwerkes ist seine Verbindung mit dem Baugrund, der bis auf einige Ausnahmen nicht so hoch beansprucht werden kann wie die Materialien der lastabtragenden Bauteile. Um eine Weiterleitung von vertikalen und horizontalen Kräften in den Boden zu ermöglichen, sind Gründungskonstruktionen erforderlich, die die auftretenden Kräfte über eine größere Fläche verteilen oder in tiefere Schichten ableiten. Die Gründungsart eines Bauwerkes ist von verschiedenen Einflüssen abhängig, und es ist die Aufgabe der Bauingenieure, jene Gründungsart zu wählen, die bei vertretbarem Kostenaufwand und ausreichender Sicherheit diese Einflüsse bestmöglich erfüllen kann. Entscheidend für die richtige Wahl sind: Art und Gestalt des Bauwerkes Größe und Verteilung der Belastung Beschaffenheit des Baugrundes Einwirkung von Grundwasser Setzungsempfindlichkeit des Bauwerkes dynamische Einwirkungen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem Grundbau und anderen Disziplinen des Bauwesens – wie zum Beispiel dem Stahlbau – besteht darin, dass die Eigenschaften des Bodens in weiten Grenzen schwanken können. In der Geotechnik stellt der Boden eine gegebene Tatsache dar, und seine Eigenschaften sind zunächst zu untersuchen. Eine Verbesserung ungünstiger Bodeneigenschaften ist nur bis zu gewissen Grenzen möglich. Ergänzend zu dieser Problematik handelt es sich beim Boden um eine sehr große Masse, während Bodenuntersuchungen nur in beschränk- tem Umfang durchführbar sind, d.h. es ist von nur wenigen Untersuchungen (Stich- proben) auf große Bodenbereiche zu schließen. Überdies zeigt sich unter Umständen beim Baugrubenaushub ein ganz anderes Bild, als aus den Bodenuntersuchungen und Probebohrungen gewonnen wurde. Der Geotechnik obliegt die Erkundung der Bodeneigenschaften und die Voraussage der Interaktion zwischen Boden und Bauwerk, so dass die Folgen eines künstlichen Eingriffes vorauszusehen sind. Die Aufgabe des Grundbaues liegt darin, jene Teile des Bauwerkes, die mit dem Baugrund in Wechselwirkung treten, in richtiger und wirtschaftlicher Weise zu planen und später auszuführen. Abbildung 030.1-01: Gründung allgemein [13]

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Baustatik - Gründung

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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]

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 14

    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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

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    ind

    iger

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    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

    mit

    orga

    nisc

    hen

    Bei

    men

    gung

    enor

    gani

    sche

    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