Grundbau-Taschenbuch, Teil 1

Geotechnische Grundlagen

Karl Josef Witt

• Verlag: Ernst & Sohn
• Jahr: 2017
• ISBN:
  9783433607268
• Auflage: 8
• Thema: Technology & Engineering
• Thema: Civil Engineering

Das Grundbau-Taschenbuch hat seit über 60 Jahren zum Ziel, Entwicklungen, neue Erfahrungen und Erkenntnisse, Berechnungs- und Nachweismethoden für die Belange der Baupraxis umfassend zusammenzutragen und transparent zu vermitteln. Auch die 8. Auflage setzt das Format konsequent fort und bringt den aktuellen Stand der Wissenschaft und der Technik auf dem Gebiet des geotechnischen Ingenieurwesens in seinen wesentlichen Sparten zusammen.
Der Teil 1 "Geotechnische Grundlagen" behandelt die Grundsätze der Sicherheitsnachweise, die Erkundung des Baugrundes, die physikalischen Eigenschaften von Boden und Fels, ihre Ermittlung und Bewertung, ihre Berücksichtigung in Stoffgesetzen und in konventionellen sowie numerischen Berechnungsmethoden, die Grundlagen der Bodendynamik, Phänomene der Massenbewegungen, den Umgang mit Schadstoffen im Boden und Grundwasser und die Methoden sowie Dokumentationsmöglichkeiten der Bauwerksbeobachtung. Die meisten Beiträge wurden grundlegend überarbeitet, einige von neuen Autoren oder Koautoren. Neu hinzugekommen ist das Kapitel "Statistik und Probabilistik in der geotechnischen Bemessung".

1.1
Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau

Martin Ziegler

1 Einführung

1.1 Allgemeines

Die Aufgabe des entwerfenden Ingenieurs liegt darin, ein Bauwerk so zu konzipieren, dass es sicher und gebrauchstauglich ist sowie wirtschaftlich erstellt und betrieben werden kann. Daneben sind die Umweltverträglichkeit und eine mögliche Beeinträchtigung der Umgebung während des Baus, aber auch über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks zu beachten. Für die Realisierung dieser Aufgabe gibt es keine eindeutige Lösung. Einige der genannten Anforderungen konkurrieren unmittelbar miteinander und werden von den am Projekt Beteiligten durchaus auch unterschiedlich gesehen und bewertet (Bild 1). So wird beispielsweise der Investor die kostenoptimierte Errichtung eines Bauwerks mit eher billigen und kurzlebigen Elementen verfolgen, während der Betreiber im Hinblick auf die Instandhaltung und Wartung stärker an einer höherwertigen Erstausstattung interessiert ist.

Ähnliche Spannungsfelder ergeben sich auch zwischen Investor und Bauausführendem, Betreiber und Nutzer, aber auch im Verhältnis zur allgemeinen Öffentlichkeit. Konflikte treten in diesem Zusammenhang insbesondere im Hinblick auf die Bewertung der Sicherheitsanforderungen an ein Bauwerk auf. Die Allgemeinheit fordert schnell die Einhaltung höchster Sicherheitsvorkehrungen, muss dafür aber zumindest vordergründig meistens nicht direkt ins finanzielle Obligo bei der Umsetzung treten. Dabei ist die Verbesserung eines bereits hohen Sicherheitsniveaus ungleich schwieriger und vor allem kostspieliger als ein entsprechender Sicherheitszuwachs von geringerem Niveau aus. Es liegt daher in der Natur der Sache, dass die Einschätzungen darüber, wie viel Sicherheit notwendig ist und die Einschätzungen darüber, was realisierbar ist, zwischen den Projektbeteiligten einerseits und im Verhältnis zur Allgemeinheit andererseits durchaus divergieren.

Bild 1 Anforderungen und Beteiligte bei einem Bauprojekt

Man muss sich auch darüber im Klaren sein, dass es unabhängig von der unterschiedlichen subjektiven Sicht der Dinge objektiv keine hundertprozentige Sicherheit geben kann. Denn unsere Modelle zur Abbildung des Tragverhaltens einer Konstruktion bleiben immer unvollständig und unvollkommen. Dies resultiert zum einen aus der mit Unschärfen behafteten Einschätzung der Einwirkungen und der ihnen entgegenwirkenden Widerstände, sowie den zwangsläufigen Vereinfachungen bei der Abbildung des physikalischen und geometrischen Modells und den Einschränkungen bei dem verwendeten Rechenmodell.

Die Unsicherheit bei der Bestimmung der Einwirkungen umfasst insbesondere die außergewöhnlichen Einwirkungen, da es geradezu Kennzeichen außergewöhnlicher Einwirkungen ist, dass sie nicht vollständig vorhersehbar sind. Viele Schadensfälle lassen sich im Nachhinein durch das unglückliche Zusammentreffen mehrerer gleichzeitig aufgetretener außergewöhnlicher Einwirkungen erklären, was so nicht erwartet wurde. Und oft ist es menschliches Versagen, was dabei letztlich zum entscheidenden Auslöser wurde.

Besonderheiten ergeben sich zudem im Bereich der Geotechnik bei der Festlegung der den Einwirkungen entgegenwirkenden Widerstände im Boden. Die Besonderheit gegenüber dem sonstigen konstruktiven Ingenieurbau liegt darin begründet, dass die Widerstände in vielen Fällen auch von den Einwirkungen abhängen. Eine lineare Abhängigkeit zwischen diesen beiden Größen ergibt sich immer dann, wenn auf der Widerstandsseite Reibungskräfte wirken, da diese immer mit einer Normalkraft gekoppelt sind, die ihrerseits aus den Einwirkungen resultiert. Aber auch nichtlineare Abhängigkeiten treten auf, so z. B. bei in der Bestimmungsgleichung für den Grundbruchwiderstand nach DIN 4017, in die die von den Einwirkungen abhängige Lastneigung nichtlinear eingeht. Des Weiteren können Materialkennwerte wie der Reibungswinkel und die Kohäsion des Bodens sowohl die Größe der Einwirkungen als auch diejenige der Widerstände bestimmen. Prominente Beispiele hierfür sind der aktive und der passive Erddruck.

Auf der Widerstandsseite ergibt sich eine weitere Besonderheit aus dem Boden selbst, dem Baustoff des Geotechnikers. Dieser ist mit Ausnahme nachträglich hergestellter Erdbauwerke der gewachsene Baugrund, der sich aufgrund seiner Entstehungsgeschichte mehr oder minder inhomogen mit wechselnden Eigenschaften darstellt. Diese können auch bei sorgfältiger und den Regeln der Technik genügender Erkundung niemals vollständig für jede Stelle mit letzter Sicherheit bestimmt werden, da die direkte Erkundung des Baugrunds immer nur punktweise durch Bohrungen und Schürfe erfolgt. So heißt es auch in DIN 4020:2010-12, 2.1.1 A(2a): Aufschlüsse in Boden und Fels sind als Stichprobe zu bewerten. Sie lassen für zwischenliegende Bereiche nur Wahrscheinlichkeitsaussagen zu, sodass ein Baugrundrisiko verbleibt.

Sondierungen und geophysikalische Methoden können zwar dazu beitragen, die Informationen über den Baugrund zwischen den Erkundungsstellen zu verdichten, es handelt sich dabei aber um indirekte Methoden, die andere Bodenparameter wie z. B. die elektrische Leitfähigkeit messen, als diejenigen, die direkt in die Standsicherheitsoder Verformungsberechnungen eingehen. Es bleibt daher im...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Titel
• Impressum
• Vorwort
• Autoren-Kurzbiografien
• Verzeichnis der Autoren
• 1.1 Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau
• 1.2 Baugrunduntersuchungen im Feld
• 1.3 Eigenschaften von Boden und Fels – ihre Ermittlung im Labor
• 1.4 Statistik und Probabilistik in der geotechnischen Bemessung
• 1.5 Charakterisierung von Schadstoffen im Baugrund und Grundwasser
• 1.6 Erddruck
• 1.7 Stoffgesetze für Böden
• 1.8 Stoffgesetze und Bemessungsansätze für Festgestein
• 1.9 Bodendynamik
• 1.10 Numerische Verfahren in der Geotechnik
• 1.11 Massenbewegungen
• 1.12 Ingenieurgeodäsie – Zustandsdokumentation und Überwachungsmessung
• 1.13 Instrumentierung und Monitoring in der Geotechnik
• Stichwortverzeichnis
• Inserentenverzeichnis
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung