Baugründung

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Grundlagen

Ursächlich für Schäden an Gebäuden mit Ursache Gründung sind regelmäßig:

Mangelhafte oder nicht durchgeführte Baugrunderkundung
Planungs- und Bemessungsfehler
Fehler bei der Bauausführung
Höhere Gewalt (Force Majeure)

-> Planungsmängel

fehlerhafte Planung
Bemessungsfehler in Statik
unzureichende Planbearbeitung
fehlerhafte Ausschreibung
Baugrundverhältnisse nicht ausreichend erkundet

-> Mangelhafte Bauausführung

Herstellung der Baugrube
Verbesserung des Baugrundes
Herstellung oder Sicherung angrenzender Bauwerke
Gestaltung des Geländes
Wasserhaltung

-> Höhere Gewalt

Die DIN 4020 Teil 7 beschreibt das Restrisiko bei Mängeln und Schäden in Zusammenhang mit dem Baugrund wie folgt:

„Das Baugrundrisiko ist ein in der Natur der Sache liegendes, unvermeidbares Restrisiko, das bei Inanspruchnahme des Baugrunds zu unvorhersehbaren Wirkungen bzw. Erschwernissen, z. B. Bauschäden oder Bauverzögerungen, führen kann, obwohl:

derjenige, der den Baugrund zur Verfügung stellt, seiner Verpﬂichtung zur Untersuchung und Beschreibung der Baugrund- und Grundwasserverhältnisse nach den Regeln der Technik zuvor vollständig nachgekommen ist und
obwohl der Bauausführende seiner eigenen Prüfungs- und Hinweispflicht genüge getan hat:“

Gründungslagen

Erscheinungen von Gründungsproblematiken werden im Fachjargong wie folgt bezeichnet:

Sattellage
Muldenlage

Durch diese Simplifizierung ist es möglich, den Schäden eine Ursache zuzuordnen und die weiteren Untersuchungen zielgerichtet zu planen.

-> Sattellage

Bei der Sattellage ist das Zentrum des Gebäudes der höchste Punkt der Gründung. Eckbereiche des Gebäudes senken sich ab. Dies führt dazu, dass im Zentrum des Dachs horizontale Risse entstehen. Die Risse sind im Traufbereich am breitesten. Durch die Absenkung der Eckbereiche, entstehen schräg in Richtung Zentrum des Gebäudes bzw. in Richtung „Sattel“ verlaufende Risse. Auch diese Risse sind im Bereich des Dachs am breitesten.

-> Muldenlage

Die Muldenlage bzw. Gründungsprobleme im Zentrum eines Bauteils sind daran erkennbar, dass im Bereich der Mulde vertikale Risse vorhanden sind. Diese Risse erstrecken sich von Gründung zu Dach und sind im Bereich der Gründung am breitesten. Zusätzlich sind in den Eckbereichen schräg verlaufende Risse sichtbar. Diese Risse verlaufen vom Eckbereich in Richtung Zentrum des Gebäudes.

Grund für die Rissbildungen ist die Hohllage im Zentrum des Gebäudes, wodurch das Gebäude „durchhängt“.

Generelles zu Rissen

Risse sind die Folge von zu hohen Spannungen innerhalb eines Bauteils bzw. von Spannungskräften, die über dem liegen, was das Bauteil an Spannungen aufnehmen kann. Der verlauf der Risse bildet sich dadurch immer rechtwinklig der vorhandenen Spannungen auf. In den Bereichen mit der höchsten Spannung, ist auch die Rissbreite am größten.

Das bedeutet, das der Verlauf des Risses keine Richtung oder einen Pfeil darstellt, welcher auf die Ursache zeigt. Ganz im Gegenteil, der Riss zeigt genau nicht darauf. Daher auch die Erklärung: „rechtwinklig zum Rissverlauf“. Die Rissbreite zeigt auf die Ursache hin.

Ursachen für Risse

Nachfolgend werden mögliche Ursachen für verschiedene Rissbildungen erläutert, wobei sich auf Risse in Zusammenhang mit dem Baugrund beschränkt wird.

Veränderte Belastung: Die Umnutzung und Ertüchtigung bestehender Bauwerke kann zu veränderten Sohlspannungen oder Pfahlbelastungen führen. Mit „Sohle“ ist der horizontale Bereich einer Gründung gemeint. Anders ist es bei der „Pfahlbelastung“. Bei dieser ist die Reibung von Pfahl und Erdreich (Mantelreibung) gemeint bzw der vertikale Bereich der Gründung.

Gegenseitige Beeinflussung: Zwei gleichzeitig errichtete Bauwerke können sich zueinander neigen. Zeitversetzt errichtete Gebäude können sich unter Umständen parallel mit dem bestehenden Gebäude verdrehen.

Chemische Einflüsse: Durch Wassereinlagerung quellen verschiedene Materialien wie Ton oder Anhydrit. Die Folge ist eine Volumenvergrößerung.

Unterirdische Hohlräume: Bei der Herstellung von Tunneln oder Stollen wird der Baugrund verändert, was die Aufnahmefähigkeit von Spannungen verändert und zu Verformungen des Erdreichs führt.

Frosteinfluss: Frost bzw. gefrorenes Wasser hat eine erhöhte Dichte. Bei zu geringen Auflast kann dies zu einer Hebung des Baugrundes führen.

Schwindsetzungen: Im Gegensatz zu „chemischen Einflüssen“, führt eine Reduktion des Wassergehalts innerhalb von Böden zu einer Volumenabnahme. Ursachen für den Wasserentzug können Pflanzenwurzeln oder Schwankungen des Grundwasserspiegels sein.

Sackungen: Lockere, teilgesättigte Böden neigen bei Wasseraufnahme zum Zusammenbruch des Porenraumes. Die Folge ist ein schlagartiger Zusammenbruch.

Materialenzug:
- Suffosion: Abtransport von Feinkornbestandteilen über einen Zeitraum
- Erosion: Abtransport des gesamten Bodens mit einem Schlag

-> Rissursache durch von außen veränderte Belastung

Eine häufige Ursache für Rissbildung in Bezug auf den Baugrund ist eine Belastungsänderung seitens der Auflasten bzw. der Gebäude (Anbau), oder durch Ausheben von Baugruben. Somit ist insbesondere bei der Errichtung von Gebäuden in der unmittelbaren Umgebung ein hohes Risiko vorhanden.

-> Rissursache Wasserhaushalt

Ein absolut unvermeidbares und nicht vorhersehbares Risiko ist die Wasserhaltung des Baugrundes. Durch Grundwasserabsenkungen, Dürreperioden, Hochwässer usw. ist es immer möglich, dass der Wasserhaushalt sich über die Standzeit eines Gebäudes verändert. Derartige Probleme können nahezu überall auftreten, wobei einige Regionen (Sand) stärker und andere Regionen (Fels) weniger bis gar nicht gefährdet sind.

Geotechnische Kategorien

Viele kennen die allgemein geläufigen Bodenklassen, die angeben, welche Bodenart vorhanden ist (fließende Böden, Fels) und wie schwer es ist diese zu bearbeiten. Die geotechnischen Kategorien beziehen die Bodenklassen ein, beschreiben jedoch in aller erster Linien das Risiko des Baugrundes für das Bauwerk. Somit ist die Klassifizierung der geotechnischen Kategorien abhängig von vorhandenem Boden und dem geplanten Gebäude.

-> Geotechnische Kategorie 1 (einfach)

Einfache bauliche Anlagen und einfache Baugrundverhältnisse
Einfache Anforderungen bzw. gesicherte Verhältnisse zu:
- Grundwasser
- Lasteinwirkung
- Waagerecht oder nur leicht geneigtes Gelände
- setzungsarmer Boden
- geringe Erdbebenbelast

-> Geotechnische Kategorie 2 (Standard)

Gilt für Bauwerke, welche nicht grundlegend in die Kategorie 1 eingeordnet werden (Stützmauer, Einfamilienhaus) und nicht die Anforderungen von Kategorie 3 haben (Tunnel)
im Gegensatz zu Kategorie 1 müssen Bodenkenngrößen durch Versuche und Probenahmen festgestellt werden. Pauschale Annahmen durch Bodengrundgutachten aus der Umgebung sind nicht zulässig.

-> Geotechnische Kategorie 3 (außergewöhnlich)

Bei Bauwerken der GK 3 handelt es sich um große oder nicht herkömmliche Konstruktionen und Konstruktionen mit hohem Sicherheitseinspruch bzw. Bauwerke, welche empfindlich gegenüber Verformungen sind.
Ebenfalls wird die GK 3 zum Ansatz gebracht, wenn ungewöhnliche Lastfälle seitens der Bauwerke anzusetzen sind, die Baugrundverhältnisse schwierig sind oder ein hohes Erdbebenrisiko vorliegt.

Zusammengefasst: Einfache Baugrundverhältnisse und einfache Bauwerke können der geotechnischen Kategorie 1 zugeordnet werden. Ist das Risiko seitens Baugrund oder Gebäude erhöht oder besteht ein gewisser Anspruch an eine belegte Standsicherheit, kommt die geotechnische Kategorie 2 zum tragen. Alle weiteren Gebäude die größer, empfindlich oder tief sowie ausergewöhnlich sind, werden der geotechnischen Kategorie 3 zugeordnet.

Historische Vorinformationen

Eiszeit und der Baugrund

Neben den qualitativen Baugrunduntersuchungen bestehen noch weitere Möglichkeiten zu erfahren, wie der Baugrund beschaffen ist. Dabei sei darauf hinzuweisen, dass nur Probenahmen eindeutige Ergebnisse liefern.

Durch historische Ereignisse kann abgeschätzt werden, was im Baugrund höchstwahrscheinlich zu erwarten ist. Eine Rolle dabei spielt zum Beispiel die letzte Eiszeit, welche die Bildung von Lößschichten hervorgerufen hat. Bei Löß handelt es sich um äolische Ablagerungen bzw. um Staubkörnern kleiner 0,063 mm. Diese Staubkörner wurden durch den Wind von der Eisschicht zu Ablagerungsstellen geweht. Über einen längeren Zeitraum haben sich die sogenannte „Lößschichten“ gebildet.

Historische Karten und Informationen

Bereits in der Vergangenheit wurden geologische Baugrunduntersuchungen angestellt. Gewonnene Erkenntnisse wurden regelmäßig in Kartenmaterial eingetragen und dienen auch heute noch als hilfreiche Vorinformation. Ebenfalls können Fotos, Bilder und darüber hinaus historische Ereignisse sinnvoll sein, um den Baugrund vorab zu bewerten. Für den Raum Dresden gilt beispielsweise, dass in den obersten 3 Metern Trümmerschutt anzutreffen ist. Ursache hierfür ist die nahezu komplette Zerstörung der Stadt im zweiten Weltkrieg.

Nützliche Links zu Kartendiensten:

Bodenproben

Planung von Erkundungsmaßnahmen

Erkundungsmaßnahmen bzw. Probebohrungen mit Gewinnung von Bodenmaterial erfordert Vorkenntnisse zum Boden (siehe oben). Der Grund ist, dass je nach Bodenart nur bestimmte Verfahren verwendet werden können. Die Gewinnung einer Probe bedingt deren möglichst ungemischte Entnahme. Sand innerhalb einer Probe kann zu einer Durchmischung und somit zu einer Verfälschung der Ergebnisse führen, wenn die Probe nicht mit den geeigneten Verfahren gewonnen wird. Bodenproben sind bei Hoch- und Industriebauten bis zu einer Tiefe von 3 – 6 m zu entnehmen.

Güteklassen von Bodenproben

Für die Kategorisierung von Bodenproben in Güteklassen, werden diese hinsichtlich Ihrer Eigenschaften auf Zustand und Bestand unterschieden.

Zustand: Dichte (z. B. Sand/Kies) und Wassergehalt (z. B. Ton, Schluff)
Bestand: Bodenart (z. B. weich bis breiig)

Je besser die Güteklasse (niedrigere Zahl), umso mehr Daten können der Bodenprobe entnommen werden.