einfache Flachgründungen - Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau

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K.1
Einfache Flachgründungen
Lehrstuhl für Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik und Tunnelbau
K Einfache Flachgründungen
K.1
Entscheidung über die Art einer Gründung, Begriffsdefinitionen
Bei der Planung eines Bauwerks, nachdem dessen Empfindlichkeit gegenüber Verformungen und die Größenordnung
von Lasten bekannt sind, muss über die Art seiner Gründung entschieden werden. Grundlage für die Gründungsentscheidung sind die Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten des anstehenden Baugrunds, der dazu erkundet sein
muss. Gelegentlich können auch Fragen des Bauablaufes entscheidend sein. Gründungen haben die Aufgabe, Bauwerkslasten sicher und mit verträglichen Verformungen in den Baugrund einzuleiten. Dabei sind die Grenzzustände 1 und
2 (siehe Kapitel J, "Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen") zu beachten, um einen ausreichenden
Sicherheitsabstand zum Versagen einzuhalten bzw. die Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen.
Grundsätzlich wird stets das Interesse bestehen, möglichst die wirtschaftlichste Gründung zu wählen, welche sowohl die
Sicherheits- als auch die Gebrauchsfähigkeitsanforderungen erfüllt. Um bei der Vielzahl der zu beachtenden Randbedingungen die wirtschaftlichste Gründungslösung zu finden, muss man - abgesehen von einfachen Fällen oder man hat
große Erfahrung - mehrere in Frage kommende Varianten konkret untersuchen.
Im Regelfall wird man zunächst prüfen, ob eine einfache Flachgründung mit Einzel- und Streifenfundamenten möglich ist.
Ihre Mindesttiefe richtet sich nach der erforderlichen Frostsicherheit. Hinsichtlich der zu erreichenden Sicherheit sind die
einzuhaltenden Bedingungen im Rahmen der technischen Regeln eindeutig. Durch Variation von Fundamentgrößen und
-einbindetiefen dürften sich meist Fundamentabmessungen ermitteln lassen, welche die Standsicherheit gewährleisten.
Nach Kenntnis dieser Minimalabmessungen werden die zugehörigen Verformungen ermittelt. Sind sie für das geplante
Bauwerk verträglich, dann hat man mit der gerade ausreichend standsicheren Flachgründung wahrscheinlich schon die
wirtschaftlichste Gründung ermittelt.
Durch Vergrößerung von Fundamenten, größere Einbindetiefen und eventuell auch durch einen Bodenaustausch lassen
sich die Verformungen einer Gründung in gewissem Umfang verringern und man sollte untersuchen, ob auf diese Art
kostengünstig die Kriterien verträglicher Verformungen erreichen werden können. Die Grenze der Fundamentvergrößerung unter einem Haus ist dann erreicht, wenn der gesamte Grundriss abgedeckt wird. Dann entsteht eine Plattengründung. Sie bietet einen zusätzlichen Vorteil, da ihre Steifigkeit - zumal im Verbund mit Wänden - Verformungsunterschiede
auszugleichen vermag. Wegen des gleichmäßigeren Setzungsverhaltens können bei einer Gründung auf einer Bodenplatte größere Gesamtsetzungen akzeptiert werden als bei einer Gründung auf voneinander unabhängigen Fundamentkörpern.
Durch Vertiefung von Fundamenten - vor allem wenn in einfach erreichbarer Tiefe günstigere Bodenschichten anstehen lassen sich oft die Fundamentflächen verkleinern und gleichzeitig die Verformungen verringern. Man spricht von Pfeilergründungen, wenn die vertieften Fundamente durch unverbautes Ausschachten und anschließendes Ausbetonieren von
tiefen Gruben erstellt werden können. Da derartige Gruben nicht begehbar sind, werden sie in der Regel unmittelbar nach
dem Aushub mit unbewehrtem Beton verfüllt. Wenn die Gruben verbaut werden müssen, wozu gerne Schachtringe verwendet werden, die durch Freischachten von innen abgesenkt werden, spricht man von Brunnengründungen, da entsprechende Schachttechniken aus dem Brunnenbau bekannt sind. Bei einem Baugrundaufbau mit kompressiblen Deckschichten geringer bis mäßiger Mächtigkeit über gut tragfähigen tieferliegenden Schichten kann das Fundamentvolumen
von tiefgeführten Fundamenten deutlich geringer sein (es ist zudem weniger bewehrt) als von gerade frostsicheren Gründungen.
Die Pfeiler- und Brunnengründungen bilden den Übergang zu Pfahlgründungen, bei denen mit speziellen Verfahren
Gründungskörper bis in große Tiefen geführt werden können. Die verschiedenen Pfahlarten werden in Kapitel N, "Tiefgründungen, Pfähle und Anker" behandelt. Pfähle erfordern zu ihrer Herstellung Spezialgeräte und daher einen erhöhten
Aufwand in der Baustelleneinrichtung. Die Wirtschaftlichkeit von Pfahlgründungen ist daher bei großen Baustellen, bei
denen die Initialkosten im Verhältnis zu den herzustellenden Massen eine geringere Rolle spielen, eher darzustellen als
bei kleinen Baumaßnahmen. Mit Hilfe von Pfählen können Bauwerkslasten auf vergleichsweise kleinen GründungsQuerschnitten in den Untergrund eingeleitet werden. Der Materialverbrauch an Beton und Stahl kann bei einer Tiefgründung eventuell deutlich kleiner sein als bei einer Gründung auf flachen Fundamenten. Bei ungünstigen Baugrundverhältnissen oder bei "normalen" Baugrundverhältnissen und hohen Lasten kann daher eine Pfahlgründung deutlich wirtschaftlicher sein als eine Flachgründung. In aller Regel führen ausreichend dimensionierte Pfahlgründungen zu geringeren
Verformungen als Flachgründungen.
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K.2
Man kann die Verformungen von Plattengründungen, deren Standsicherheit in der Regel unproblematisch nachgewiesen
werden kann, dadurch verringern, dass man die Platte durch setzungsreduzierende Pfähle ergänzt (settlement reducer).
Man spricht dann von "kombinierten Pfahl-Platten-Gründungen" (KPP). Die Hochhäuser in Frankfurt haben derartige
Gründungen.
Statt mit Gründungen in die Breite und Tiefe zu gehen, kann man auch den Baugrund verbessern, um mit kleinen Fundamenten ausreichend geringe Verformungen sicherzustellen. Hier sind außer Bodenaustausch (der in der Regel vergleichsweise teuer ist), Tiefenverdichtungen und Rüttelstopfsäulen zu nennen (siehe dazu Kapitel M, "Baugrundverbesserung").
Eine exakte Vorhersage der Verformungen von Gründungen ist in der Regel nicht möglich. Aus Berechnungen, verknüpft
mit Erfahrungen lassen sich nur die Größenordnungen zutreffend angeben. Da Nachbesserungen an Bauwerksgründungen nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich sind, sollte man bei etwa gleichen Kosten von zwei Gründungsvarianten, die beide die Standsicherheitsanforderungen erfüllen, diejenige wählen, welche die geringeren Verformungen
erwarten lässt.
Allgemein unterscheidet man zwischen Flachgründungen und Tiefgründungen, je nachdem ob oberflächennah unter der
Baugrubensohle oder in tieferen Bodenschichten gegründet wird. Der Begriff Flächengründungen kennzeichnet Gründungsarten, bei denen die Kontaktfläche zwischen Bauwerk und Baugrund flächig ausgedehnt ist und bei denen in diesen Flächen variable Sohldruckspannungen und tangentiale Kräfte übertragen und differenziert betrachtet werden. Bei
Pfahlgründungen als pointiertes Beispiel für konzentrierte punktuelle Gründungen geht man dagegen davon aus, dass in
der Pfahlsohle nur zentrische Normalkräfte übertragen werden.
K.2
Schutz der Gründungen vor Frost
DIN 1054 sagt aus: "Die Sohlfläche der Gründung dauernd genutzter Bauwerke muss frostsicher sein. Sofern die Frostsicherheit nicht auf andere Weise nachgewiesen wird, muss der Abstand von der dem Frost ausgesetzten Fläche bis zur
Sohlfläche der Gründung mindestens 0,80 m betragen." Diese Forderung hat in frostempfindlichen Böden einen höheren
Stellenwert als in Böden, die durch Frost keine Volumenänderungen erfahren. Horizontal liegende Wärmedämmplatten
auf etwa 0,5 m bis 1 m Breite außerhalb des Gebäudes (Bild K02.10) können die Frosteindringung in den Boden verzögern und sind in Skandinavien gebräuchlich, aber in Deutschland
nicht üblich.
Wand
Für Zwecke des Straßenbaus sind in der RStO 01 Frosteinwiraußen
kungszonen I bis III für das Gebiet der BRD abgegrenzt. Je nach
Bodenplatte
Lage eines Baugrundstücks sollten mindestens 0,8 m (Zone I),
1,0 m (Zone II) oder 1,2 m (Zone III) als frostbeeinflusste Tiefe
seltene WärmeFunda- übliche
dämmung für
ment
angesehen werden.
Wärmedämmung
Frostschutz des
für Wärmeschutz
Bei der Herstellung von Untergeschossen ist die Frostsicherheit
Fundaments
von Fundamenten zumeist ohne Zusatzmaßnahmen sichergeBild K02.10: Wärmedämm-Maßnahmen im
stellt. In Einfahrtsbereichen von Tiefgaragen ist aber auch hier
Fundamentbereich
eine Frosteinwirkung möglich.
Entlang der Peripherie von nicht unterkellerten Bauwerken, die
nicht ohnehin umlaufende Streifenfundamente erhalten, ist es üblich, sogenannte Frostschürzen anzuordnen, die im
Zusammenwirken mit einer Wärmedämmung das Eindringen von Frost unter die Bodenplatte verhindern.
Bei großen fugenlosen Bodenplatten ist zu beachten, dass sie sich durch Kälteeinwirkung zusammenziehen. Dabei entsteht Reibung zwischen Bodenplatte und Untergrund, die sich mit zunehmender Entfernung vom Plattenrand zu großen
Zugkräften aufsummieren und ein Aufreißen der Platte bewirken kann.
K.3
Erforderliche Nachweise zur ausreichenden Dimensionierung von Flachgründungen
Wenn man gedanklich einen beliebigen Schnitt um ein Bauwerk, ein Bauteil oder natürlich auch um eine Gründung herum führt und an den Schnittufern alle wirksamen Kräfte angetragen werden, muss stets das Gleichgewicht der Kräfte und
Momente nachweisbar sein, ohne dass dabei die Festigkeit des geschnittenen Bodens und geschnittener Bauteile (unter
Beachtung von Teilsicherheiten) erschöpft wird. Auch dürfen kleine Änderungen der angreifenden Kräfte keine kritischen
Auswirkungen haben. Bei komplizierten Gründungsrandbedingungen ist es stets sinnvoll, derartige Schnittführungen
vorzunehmen und als Variationsaufgabe aufzufassen. Bei einfachen Randbedingungen kann man auf freie Variationen
verzichten und die Nachweise auf einige wenige konkrete Betrachtungen beschränken.
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K.3
Für eine ausreichend dimensionierte Flachgründung müssen in diesem Sinne einige konkrete Nachweise geführt werden
bzw. sichergestellt sein, dass nicht nachgewiesene Situationen ohne Bedeutung sind. Um die jeweils untersuchten Versagensmechanismen mit der gebotenen Sicherheit auszuschließen, sind Grenzzustandsgleichungen zu erfüllen (GZ 1).
Außerdem ist zu prüfen, dass die Verformungen verträglich sind (GZ 2). Folgende Nachweise sind zu führen:
-
Grundbruchnachweis,
Gleitsicherheitsnachweis,
Nachweis der zulässigen Exzentrizität; Nachweis der klaffenden Fuge,
(gegebenenfalls) Nachweis der Auftriebssicherheit,
(gegebenenfalls) Nachweis der Geländebruchsicherheit,
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (Setzungsberechnung, gegebenenfalls weitere Verformungsnachweise).
Für einfache Fälle kann auf Einzelnachweise verzichtet werden. Hier kann anstelle von Grundbruch- und Setzungsnachweisen die Einhaltung tabellierter zulässiger Bodendruckspannungen nachgewiesen werden. Die Nachweise werden in
den folgenden Abschnitten vorgestellt.
K.4
Spannungen in der Sohlfuge, Anmerkungen zur Stahlbeton-Bemessung
Bei Nachweisen einfacher Flachgründungen wird in der Regel ein linearer Ansatz der Spannungsverteilung gewählt, um
Sohldruckspannungen zu ermitteln, also: σ = F / A  M / W. Vor allem beim Vergleich von Sohldruckspannungen mit
zulässigen Tabellenwerten ist diese Art der Spannungsermittlung gemeint. Die tatsächliche Verteilung der Sohldruckspannungen, die davon abweicht, spielt bei den erforderlichen geotechnischen Nachweisen zur Bemessung einfacher Flachgründungen keine Rolle. Zulässige Spannungen, die zur Vereinfachung der Nachweise zur Anwendung gelangen und einzuhalten sind, um ein Versagen auszuschließen oder verträgliche Verformungen sicherzustellen, und wie sie
beispielsweise in DIN 1054 (siehe Abschnitt K.5) oder in Gründungsgutachten genannt sind, beziehen sich stets auf eine
derartige einfache Ermittlung der Sohldruckspannungen.
Sie ist auch anzusetzen, wenn bei einfachen Streifen- und Einzelfundamenten eine (Stahl-)Betonbemessung für unbewehrte Fundamente erfolgt. Dort sind zulässige Winkel der Lastausbreitung innerhalb des Fundamentkörpers in Abhängigkeit von der Betongüte und der Sohldruckspannung angegeben. Auch bei der Biegebemessung einfacher bewehrt
ausgeführter Streifen- und Einzelfundamente werden in der Regel einfache Ansätze der Sohldruckspannung verwendet.
Bei großen Fundamentkörpern, z.B. unter Brückenpfeilern, kann es jedoch erforderlich sein zu berücksichtigen, dass
tatsächlich die Spannungen im Bereich der Fundamentränder größer sind als im Bereich der Fundamentmitte
(BOUSSINESQ, Setzungsmulde, siehe Kapitel H, "Verformungen im Baugrund"). Werden Bodenplatten als Gründungskörper ausgeführt, deren Biegebeanspruchung z.B. auch hinsichtlich der Wasserdichtigkeit von Bedeutung ist, müssen
die Sohldruckspannungen differenziert ermittelt werden (siehe dazu Kapitel L, "Interaktion").
K.5
Bemessung von Flachgründungen nach zulässigen Sohldruckspannungen
Bei vielen Bauwerken wird die Art des Baugrunds erkundet, nicht aber dessen Scher- und Druckfestigkeit genauer untersucht. Daher bietet die DIN 1054 die Möglichkeit, einfache Einzel- oder Streifenfundamente aufgrund zulässiger Sohlspannungen zu bemessen. Dafür werden im Anhang A der Norm aufnehmbare Sohldruckspannungen für verschiedene
Bodenarten angegeben.
Die Tabellen K5.10 a,b zeigen als Beispiel je eine Tafel mit aufnehmbaren Sohldruckspannungen für einen nichtbindigen
und für einen bindigen Boden. Mindestvoraussetzung für die Anwendung ist also eine zuverlässige Klassifizierung des
tragenden Baugrunds. Die Tafelwerte wurden aufgrund großmaßstäblicher Versuche (z.B. MUHS, 1968), Grundbruchund Setzungsberechnungen und unter Berücksichtigung der bisherigen praktischen Erfahrungen so gewählt, dass auf die
sonst notwendigen Nachweise einer ausreichenden Grundbruchsicherheit oder einer zulässigen Setzung verzichtet werden darf. Die genannten zulässigen Werte decken im Sinne des neuen Sicherheitskonzepts also die Grenzzustände 1 B,
1 C und 2 ab. Der in den Tabellen genannte aufnehmbare Sohldruck ist zu vergleichen mit dem Sohldruck, der sich aus
charakteristischen Lasten als charakteristischer Sohldruck errechnet.
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K.4
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2
Aufnehmbarer Sohldruck zul [kN/m ]
b bzw. b' [m]
Kleinste
Einbindetiefe
des Fundaments
[m]
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0,50
1,00
1,50
2,00
200
270
340
400
300
370
440
500
330
360
390
420
280
310
340
360
250
270
290
310
220
240
260
280
Bei Bauwerken mit Einbindetiefen
0,30 m  d  0,50 m und mit Fundamentbreiten b bzw. b'  0,30 m
150
Tabelle K5.10 a: Aufnehmbarer Sohldruck zul für Streifenfundamente auf nichtbindigem Boden auf der Grundlage
einer ausreichenden Grundbruchsicherheit und einer Begrenzung der Setzungen mit den Voraussetzungen nach Tabelle A.7 (Tabelle A.2, DIN 1054)
Die in Tabelle A.7 der DIN 1054 enthaltenen Voraussetzungen beziehen sich auf eine mindestens vorhandene Lagerungsdichte bzw. auf einen mindestens erreichten Verdichtungsgrad, welche durch mindestens vorhandene Spitzendruckwiderstände der Drucksonde nachgewiesen werden können.
Kleinste Einbindetiefe
des Fundaments
[m]
0,50
1,00
1,50
2,00
mittlere einaxiale Druckfestigkeit
qu,k [kN/m2]
Aufnehmbarer Sohldruck zul [kN/m2]
mittlere Konsistenz
steif
halbfest
fest
150
180
220
250
220
280
330
370
330
380
440
500
120 bis 300
300 bis 700
> 700
Tabelle K5.10 b: Aufnehmbarer Sohldruck zul für Streifenfundamente auf gemischtkörnigem Boden (SU*, ST, ST*,
GU*, GT* nach DIN 18196; z.B. Geschiebemergel) mit Breiten b bzw. b' von 0,50 m bis 2,00 m (Tabelle A.4, DIN 1054)
Folgende wesentliche Voraussetzungen müssen für die Anwendung der Tafeln erfüllt sein (im Detail siehe DIN 1054):
-
Zuverlässige Klassifizierung des tragenden Baugrunds, die bis in eine Tiefe gleich der 2-fachen Fundamentbreite
vorliegen und einheitlich sein muss. Bis zu dieser Tiefe weist der Boden eine ausreichende Festigkeit auf. So darf er
nicht weich (bindige Böden) bzw. locker (nichtbindige Böden) sein.
-
Die Geländeoberfläche und die Schichtgrenzen verlaufen annähernd waagerecht.
-
Die Neigung der resultierenden charakteristischen Beanspruchung in der Sohlfläche ist
Das Fundament wird nicht regelmäßig oder überwiegend dynamisch beansprucht. In bindigen Schichten entsteht kein
nennenswerter Porenwasserüberdruck.
Es entsteht keine klaffende Fuge, siehe Abschnitt K.6.
Der charakteristische Sohldruck wird bei ausmittiger Lage der resultierenden Beanspruchung für eine reduzierte Fundamentfläche ermittelt, bei rechteckförmigen Fundamentflächen für A'
-
tan E = Hk / Vk  0,2.
= (bx - 2·ex) · (by - 2·ey)
Der Boden im angesetzten Einbindebereich seitlich des Fundamentes muss bei Lasteinwirkung stets vorhanden sein.
Bei nichtbindigen Böden gilt:
 Liegt der Grundwasserspiegel über der Fundamentunterkante, muss für die Einbindetiefe gelten: > 80 cm und
> kleinere Fundamentbreite.
 Setzungen bis 1 cm (Fundamente mit  1,5 m Breite), sonst bis 2 cm müssen verträglich sein.
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K.5
Einfache Flachgründungen
Bei bindigen Böden gilt:
 Es darf kein Kollaps des Korngerüstes zu befürchten sein (z.B. bei Löss möglich).
 Setzungen von 2 cm bis 4 cm müssen verträglich sein.
Weiterhin gelten Regeln zur Erhöhung bzw. Verminderung der Tafelwerte für den aufnehmbaren Sohldruck:
-
-
bei gedrungenen Grundrissflächen (Seitenverhältnis unter 2:1) und einer Zusatzbedingung zur Einbindetiefe: Erhöhung um 20 %,
-
bei Einbindetiefen von mehr als 2 m: Erhöhung um die effektive Bodenwichte, multipliziert mit der Zusatztiefe,
-
bei nichtbindigen Böden mit besonders hoher Lagerungsdichte (vgl. Tab. A.8 DIN 1054): Erhöhung um 50 %,
bei höher anstehendem Grundwasser und nichtbindigen Böden: Verminderung um bis zu 40 % (in Abhängigkeit von
der Einbindetiefe),
Abminderungsfaktor bei nichtbindigen Böden und Horizontallasten,
bei bindigen Böden und Fundamentbreiten zwischen 2,00 und 5,00 m muss der in den Tabellen angegebene aufnehmbare Sohldruck um 10 % je m zusätzlicher Fundamentbreite vermindert werden.
Auch für verwitterten Fels sind in DIN 1054 zulässige Sohlspannungen angegeben, die sich nach der Gesteinsfestigkeit
und den Gebirgseigenschaften (Trennflächen) orientieren.
Wenn Bodenkennwerte vorliegen, ist bei Verwendung eines geeigneten EDV-Programmes die Ermittlung zulässiger
Spannungen mit einem Nachweis der Grundbruchsicherheit und die Berechnung der Setzungen für ein Einzelfundament
mindestens ebenso schnell und führt in der Regel zu wirtschaftlicheren Ergebnissen als die Anwendung der Tabellen aus
DIN 1054.
Der Nachweis der klaffenden Fuge muss ohnehin geführt werden.
K.6
Nachweis der klaffenden Fuge
K.6.1 Grundsätzliches
Mit dem Nachweis der klaffenden Fuge wird der Versagensfall des Kippens ausgeschlossen. Hier wird weniger die Reaktion des Baugrunds als vielmehr eine stabile Gleichgewichtssituation der auf die Fundamentgrundfläche einwirkenden
Kräfte und Spannungen nachgewiesen. Ein unmittelbarer Kippnachweis kann nicht geführt werden, da die Kippkante
nicht bekannt ist.
Wir setzen zutreffend voraus, dass unter Fundamenten nur Sohldruckspannungen übertragen werden können. Bei im
σ = Fv / A  M / W nur
so lange, wie keine Zugspannungen in der Sohlfläche auftreten. Bei größerer Exzentrizität e = M / F tritt eine "klaf-
Verhältnis zur Vertikallast großen Momentenbeanspruchungen gilt daher die Beziehung
fende Fuge" auf. Die Sohlspannungsverteilung in der Fundamentgrundfläche hat bei Ansatz einer einfachen Spannungsverteilung dann zwei Bereiche: im Bereich der klaffenden Fuge gilt σ = 0, im gedrückten Bereich geht man von einer
linearen Spannungsverteilung aus. Es wird empfohlen, Fundamente so zu dimensionieren, dass unter ständigen Lasten
keine klaffende Fuge auftritt. Damit soll dem Ausweichen des Bodens durch Kriechen unter ausmittiger Dauerlast vorgebeugt werden. Dieser Nachweis ist ein Nachweis der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2). Nach DIN 1054 verpflichtend ist die
Regel, dass bei ungünstigen Lastkombinationen im Lastfall 1 und 2 eine klaffende Fuge maximal bis zum Schwerpunkt
des Fundamentes entstehen darf (Nachweis der Tragfähigkeit, GZ 1A). Dann bleibt noch immer die Hälfte der Fundamentgrundfläche unter Druckbeanspruchung. Im Lastfall 3 braucht ein Nachweis der klaffenden Fuge nicht geführt zu
werden. Hier ist es ausreichend, die Grundbruchsicherheit für die reduzierte Lastfläche, bei einem Rechteckfundament
entsprechend
A' = (bx - 2·ex) · (by - 2·ey), zu führen.
Es muss also kontrolliert werden, um welches Maß
(ex, ey) die Resultierende der angreifenden Lasten {FR} =
{Hx;Hy;V} - siehe Bild K06.10 - exzentrisch zum Schwerpunkt der Sohlfläche liegt und ob dabei die Sohlfuge "klafft".
Man spricht von einer Belastung innerhalb des Kerns (1. Kernweite), solange kein Klaffen auftritt. Als 2. Kernweite bezeichnet man denjenigen Abstand der Resultierenden vom Schwerpunkt der Sohlfläche, bei dem die Grenze des gedrückten Sohlflächenbereichs den Schwerpunkt erreicht.
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K.6
Einfache Flachgründungen
ex
Durch den Nachweis der klaffenden Fuge wird, in Verbindung mit
dem Grundbruchnachweis, im Regelfall für eine ausreichende
Sicherheit gegen Kippen gesorgt und der vieldeutige Begriff der
Kippsicherheit vermieden. Hierzu wurde früher im Grundbau das
Verhältnis "Standmoment / Kippmoment" benutzt, wobei die
Momente auf die Fundamentkante bezogen wurden. Diese Definition lässt sich leicht ad absurdum führen, sobald nicht H-Kräfte,
sondern exzentrisch angreifende V-Kräfte das Kippen auslösen.
Auch die Definition "halbe Fundamentbreite / Exzentrizität" wäre
unbefriedigend, da sich z.B. bei ständig einseitig exzentrischer
Last durch Unterschneiden des Fundaments jede Sicherheitsforderung erfüllen ließe.
y
ey
1. Kernweite
2. Kernweite
Kern
FR
x
x
by
by / 6
by / 6
bx
6
bx
6
y
bx
Bild K06.10: Darstellung der 1. und 2. Kernweite
für ein Fundament mit Rechteckgrundriss
K.6.2 Ermittlung der 1. Kernweite
Die Exzentrizität eK1, die gerade am Rand der ersten Kernweite liegt, ergibt sich aus der Bedingung, dass die Randspannung bei linearer Spannungsverteilung gerade = 0 wird:
-
σ = FV / A - eK1·FV / W = 0 :
Beim Rechteck wird der Bereich der ersten Kernweite von einem Parallelogramm durch die vom Mittelpunkt um
bx /
6 bzw by / 6 entfernten Punkte gebildet (Bild K06.10).
-
Beim Kreis ist die erste Kernweite ein Kreis mit dem Radius eK1
= 1/4 · r.
K.6.3 Ermittlung der 2. Kernweite
-
Für den rechteckigen Vollquerschnitt ist die 2. Kernweite näherungsweise durch eine Ellipse gegeben, Bild K06.10:
(eK2,x / Bx)2 + (eK2,y / By)2 = 1/9.
-
Für den kreisförmigen Vollquerschnitt lautet die entsprechende Bedingung: eK2
Fv
ex >
bx
2
bx
2
Fv
ex < bx
3
= 0,59 · r
bx
ex < 6
Fv
bx
2
bx
2
σo
σo
Kippen!
Klaffen! (2. Kernweite)
b
ex = x
3
bx
ex <
3
kein Klaffen! (1. Kernweite)
ex = bx
6
bx
ex <
6
Bild K06.20: Sohlspannung bei ausmittiger Beanspruchung (bei Annahme linearer Sohlspannungsverteilung)
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K.7
Einfache Flachgründungen
Bei großen Exzentrizitäten führen die Begrenzungen der Exzentrizität zu aufgelösten Fundamentformen, Bild K06.30, wobei allerdings große Biegebeanspruchungen in den verbindenden Baugliedern in Kauf genommen werden müssen.
Das durch ein Fundament aufnehmbare Moment ist vom Widerstandsmoment in der Sohlfläche und damit von der Fundamentform abhängig. Der Einfluss zeigt sich an der in Bild K06.40 aufgezeigten Gegenüberstellung einiger Grundrisse (A - Flächenin-
FV - Vertikalkraft, M = FV · e - aufnehmbares äußeres Moment, σ - max. Randspannung bei Annahme linearer Sohlspanhalt,
nungsverteilungen).
Bild K06.30: aufgelöste Fundamente zur Aufnahme
großer exzentrischer Lasten
1
M  1/ 3  FV  A  0,333  FV  A
σ = 4 · FV / A
e
M 
2
2 / 4  FV  A  0,353  FV  A
σ = 6 · FV / A
e
M  3   / 16  FV  A  0,332  FV  A
3
σ = 1,5· · FV / A = 4,72 · FV / A
e
Bx
4
By
e
M  1 / (3  B y / B x )  FV  A
z.B. bei Bx/By = 3:
M  0,577  FV  A
σ = 4 · FV / A
Bild K06.40: verschiedene Momententragfähigkeit bei gleicher Fundamentfläche und klaffender Fuge bis zur Fundamentmitte, aber verschiedener Fundamentform
In Sonderfällen muss eine zusätzliche Risikoermittlung durchgeführt werden, wenn durch eine geringfügige Änderung der Randbedingungen bereits die rechnerische Sicherheit gegen Kippen,
ausgedrückt durch die Forderung nach Begrenzung der klaffenden Fuge, drastisch verringert wird. Beispiele dafür sind, Bild
K06.50, Pfeiler mit Freivorbau, hohe und schlanke Stützmauern
oder Baukörper, die plötzlich unter erhöhten Sohlwasserdruck
geraten (Hochwasser!). Hier wird als zusätzliche Kontrolle empfohlen zu prüfen, wie sich die Anwendung eines angemessen
gewählten Partialsicherheitsfaktors bei den ursächlichen Lasten
auf die Standsicherheit des Systems auswirken könnte.
Bild K06.50: Achtung: kleine Zusatzlasten können
zum Kippen führen
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K.8
Einfache Flachgründungen
K.7
Nachweis der Gleitsicherheit
K.7.1 Allgemeines
Greifen an einem Fundament Kräfte mit Komponenten an, die
parallel zur Sohlfuge wirken, muss nachgewiesen werden, dass
ein Versagen durch Gleiten ausgeschlossen ist. Die Variation der
denkbaren Versagensmechanismen konzentriert sich bei diesem
Nachweis auf die Sohlfuge und ihre Umgebung. Es wird nicht
definiert, ob der Nachweis in horizontaler Richtung oder parallel
zur Sohlfuge geführt werden muss. In Zweifelsfällen müssen
beide Nachweise gelingen.
Der Nachweis der ausreichenden Gleitsicherheit kann sich auf
zwei Arten des Baugrundversagens beziehen: entweder gleitet
der feste Fundamentkörper auf dem Boden ab (Bild K07.10 a)
oder Fundament und ein Teil des Bodens gleiten gemeinsam auf
einer unter dem Fundament anstehenden Schicht ab, deren
Scherfestigkeit geringer ist als die mögliche Sohlschubkraft in
Höhe der Fundamentunterkante (Bild K07.10 b). Der letzte Fall
kann auch dann maßgebend werden, wenn z.B. mit Hilfe von
Nocken, höhengestaffelten oder geneigten Sohlflächen eine konstruktive Verzahnung zwischen Fundament und Untergrund hergestellt wird. Bei Gründungen, die in den Untergrund eingebunden sind, ist im Zusammenhang mit der Gleitsicherheit stets auch
eine (Teil-) Mobilisierung des Erdwiderstandes (gegen die angreifende Kraftrichtung) und eine Veränderung des angreifenden
Erddrucks zu beachten.
FV
A
FH
B
C
Bild K07.10 a: verschiedene Versagensmechanismen beim Gleiten
FV
A
FH
B
D
C
E
Bild K07.10 b: verschiedene Versagensmechanismen beim Gleiten
K.7.2 Reibung und Kohäsion, Sohlkraft
Bei Fundamenten in Ortbeton kann der Reibungsanteil der Scherfestigkeit des Bodens voll angesetzt werden, um die
maximal möglichen Reaktionskräfte zu berechnen. Dann ist der Sohlreibungswinkel gleich dem Reibungswinkel, also
s = '. Bei Fertigteilfundamenten wird in der Regel eine Sauberkeitsschicht angeordnet sein, welche denselben Ansatz
in der Bodenfuge rechtfertigt. Zusätzlich ist dann die Fuge zwischen Sauberkeitsschicht und Fertigteil zu betrachten. Bei
Bauwerken mit einer äußeren Abdichtung ist die Berücksichtigung einer Sohlreibung dagegen problematisch. Hier wird
man typischerweise Nocken oder Sporne anordnen, um horizontale Scherfugen im Boden zu erzwingen.
Die Kohäsion des Bodens bleibt in der Sohlfuge eines Fundamentes unberücksichtigt. Gegebenenfalls müssen auch ein
Porenwasserüberdruck (Anfangszustand!) oder Auftriebskräfte berücksichtigt werden, welche die effektiven Reibungskräfte herabsetzen. Porenwasserüberdrücke können durch eine geringmächtige Dränschicht unter der Sohlfläche vermieden werden.
Bei undränierten Bedingungen wird in der Sohlfuge eine Adhäsionskraft als maximal wirksame Sohlkraft angesetzt, die
sich aus
Fs = A'·cu ergibt. Darin ist A' die Sohlfläche (Ersatzfläche nach Berücksichtigung der Exzentrizitäten) und cu
die undränierte Scherfestigkeit.
K.7.3 Heranziehung des Erdwiderstands, Änderung des Erddrucks
Bei einem in den Untergrund eingebundenen Fundament wird die Gleitsicherheit durch die Erddruck-Reaktion auf die
Stirnseite des Fundaments erhöht (Bereich AB in Bild K07.10 a). Wenn man den Erdwiderstand nur zur Hälfte ansetzt,
genügen in der Regel geringe Verschiebungen, um ihn zu wecken, so dass man annehmen kann, dass Erdwiderstand
und Sohlreibung annähernd gleichzeitig mobilisiert werden. Verschiebt sich das Fundament stärker, kann auch ein höherer Erdwiderstand mobilisiert werden, dann ist jedoch die Verträglichkeit der Verformungen zu überprüfen.
Bei Fundamenten von begrenzter Länge quer zur Gleitrichtung setzt man den Erdwiderstand nur über die tatsächliche
Projektionsbreite des Fundaments an. Dabei wird die räumliche Mitwirkung des Bodens neben dem Fundament zur sicheren Seite hin vernachlässigt.
Seite
K.9
Einfache Flachgründungen
Es ist zu prüfen, ob der zur Stützung herangezogene Boden zum Zeitpunkt der Krafteinwirkung mit Sicherheit als vorhanden vorausgesetzt werden kann. Wenn man also den Erdwiderstand für den Nachweis der ausreichenden Gleitsicherheit
heranzieht, sind Aufgrabungen neben dem Fundament nur dann zulässig, wenn die Horizontalkräfte entweder nicht auftreten oder in geeigneter Weise vorher abgefangen werden.
Wenn in den angreifenden Horizontalkräften Erddruckkräfte enthalten sind, ist zu prüfen, ob diese mit den Verformungen verträglich sind, die für den Nachweis der Gleitsicherheit vorausgesetzt
werden. So kann es z.B. sinnvoll und zutreffend sein, für den
Nachweis der Gleitsicherheit anzusetzen, dass ein Erdruhedruck
auf den aktiven Erddruck abgebaut wird. Die erforderlichen Verformungen für die Weckung der Sohlreibung, den Ansatz des
aktiven Erddrucks und die Mobilisierung von etwa 50 % des Erd-
FV
FH
Eph, mob
FS
widerstands (= Eph, mob) können als etwa in der gleichen Größenordnung liegend angenommen werden.
Bild K07.20
K.7.4 Nachweis
Nach aktuellem Sicherheitskonzept mit Teilsicherheitsbeiwerten (DIN 1054:2005 und EC7) lauten die Grenzzustandsgleichungen unter Einbeziehung des Bemessungswerts des Erdwiderstands
Gleitwiderstands Rt,d = Rt,k
Ep,d = Ep,k / Ep und des Bemessungswert des
/ Gl
FH,d ≤ Rt,d + Ep,d
mit FH,d als Summe der einwirkenden Horizontalkräfte, je multipliziert mit zugehörigen Teilsicherheitsbeiwerten.
Die Partialsicherheitsbeiwerte für den Gleitwiderstand Gl (im LF 1 Gl = 1,1) und den Erdwiderstand Ep (im LF 1 Ep =
1,4) sind in DIN 1054 in Abhängigkeit von der Bemessungssituation festgelegt, siehe Kapitel J, "Grundlagen geotechnischer Entwürfe und Ausführungen".
Der charakteristische Gleitwiderstand
bzw. zu
Rt,k ergibt sich in einer Fuge zwischen Fundament und Boden zu Nk·tan s,k
A'·cu,k . Darin ist Nk = Fv,k die in der Gleitfläche wirkende charakteristische Normalkraft und s,k der charakte-
ristische Sohlreibungswinkel. In einer Gleitfläche, die durch den Boden hindurch erzwungen wird, ergibt sich
Rt,k = Fv,k·tan 'k + A'·c'k .
Falls der Horizontalschub gleichzeitig in zwei orthogonalen Richtungen x und y wirken kann, muss der Gleitsicherheitsnachweis mit der resultierenden H-Kraft
FH,x + FH,y (vektoriell addiert) und in der zugehörigen Richtung geführt werden.
K.7.5 Schräge Sohlfläche
5
4
Bei ständig einseitig wirkenden Horizontalkräften kann die Gleitsicherheit durch eine geneigte Sohlfläche erhöht werden.
Dann ist ein Nachweis in zwei Prüffugen zu führen:
-
in der Fuge 2..3, wobei zum Ansatz von
eventuelle Aufgrabungen zu nehmen ist.
Ep Rücksicht auf
in einer fiktiven Sohlfläche 8..3 mit entsprechend vergrößerter
Einbindetiefe bei der Ermittlung des Erdwiderstands.
Bei einer wie in Bild K07.30 dargestellten Geometrie ist außerdem
die Anwendung der Kinematischen-Element-Methode zweckmäßig und bodenmechanisch besser zutreffend, bei der die Ermittlung der Erddruckkraft Ea, des Erdwiderstandes Ep und der Sohlreibungskraft R unter Berücksichtigung des gleichen mobilisierten
Reibungswinkels vorgenommen werden kann. Damit lässt sich
ein konsistentes Sicherheitsmodell verwirklichen.
-
1
Ea
6
α2
G
7
α1
2
Ep
3
8
R
Bild K07.30
Seite
K.10
Einfache Flachgründungen
K.8
Nachweis der Grundbruchsicherheit
K.8.1 Entwicklung eines Grundbruchs
Unter "Grundbruch" versteht man das Ausweichen des tragenden Bodens bei zunehmender Erhöhung der Fundamentlast. Ein Grundbruch kann auch auftreten, wenn die Scherfestigkeit des Bodens unter dem Fundament herabgesetzt wird
(z.B. durch Wasserdruck) oder eine seitlich stützende Auflast entfernt wird. Die Fundamentlast kann sich aus vertikalen
und horizontalen Anteilen zusammensetzen und auch exzentrisch wirken. Beim Grundbruch wird der Scherwiderstand
des Bodens entlang einer Fuge oder in einem ganzen Gebiet erreicht bzw. überschritten. Bild K09.10 zeigt ein typisches
Beispiel für ein gemessenes Last-Setzungs-Diagramm eines bis zum Grundbruch zentrisch und lotrecht belasteten Fundamentes (LEUSSINK et al., 1966), Bild K09.20 die zugehörige Folge der Zustände im Boden.
Fundamentsohlspannung σ0 [MN/m²]
1
Fv
a)
b)
0 0
1
δs > 0
B
20
2
40
3
60
1
Setzungen [mm]
1
80
4
100
Bild K09.10: Last-Setzungs-Kurve für ein bis zum
Grundbruch belastetes Fundament
(LEUSSINK et al., 1966)
2
2
3
3
δs < 0
4
theoret.
Grundbruch
c)
Bruchfläche
a) Sohlspannungsverteilung
b) Hauptspannungsrichtungen
c) Kinematik beim Grundbruch
φ´
quasi-elastischer
Bodenkeil
Bild K09.20: Folge der Zustände bis zum Erreichen des Grundbruchs
Der Baugrund bestand bei diesem Versuch aus mitteldicht gelagertem Sand. Im Versuchsablauf sind folgende 4 Phasen zu
beobachten:
1) (Gebrauchslastzustand) In dieser Anfangsphase sind die Setzungen noch annähernd proportional zur Last.
Der Sohldruck zeigt (Kerbwirkung der Kanten!) zwei außenliegende Maxima, die aber nicht exakt an den Kanten auftreten, weil durch die lokale Verdrängung des Bodens an diesen Stellen bereits eine Sohldruckumlagerung beginnt.
Der Boden behindert die Zugdehnung des Fundamentkörpers; die Trajektorien zeigen zur Fundamentachse.
2) Die Last-Setzungs-Kurve beginnt sich zu krümmen. Die Sohlspannungsmaxima wandern nach innen, da der von der
Kante ausgehende Verdrängungsbereich sich ausweitet. Die Sohlspannungsfläche füllt sich im Mittelbereich auf, da nur
dort noch Tragreserven sind.
Die Sohlschubspannungen werden von außen nach innen abgebaut und ändern in Randnähe schließlich ihr Vorzeichen
(vgl. Richtungsänderung der Trajektorien).
3) Die Grenze der statisch möglichen Spannungsumlagerung im Boden und damit der Grenzzustand für die Last ist erreicht.
4) Der Bodenkern, auf den sich das Fundament abstützt, wird instabil und bricht einseitig weg  Grundbruch.
Einfache Flachgründungen
Seite
K.11
K.8.2 Exzentrische und geneigte Lasten
Aus dem oben beschriebenen Verhalten eines Korngerüsts unter
einer Fundamentlast ergibt sich als allgemeine Regel, dass die
Standsicherheit eines Fundaments um so größer ist, je gleichmäßiger die Stützung des mittleren, tragenden Bodenkerns durch die
beiden seitlichen Bodenkörper ist.
Daher setzen sowohl eine Exzentrizität wie eine Lotabweichung
der Lastresultierenden die Grundbruchlast herab, und zwar insbesondere dann, wenn die Resultierende parallel zur kürzeren Seite
wirkt. Bild K09.30 zeigt im Grundriss das Verformungsbild nach
einem großmaßstäblichen Grundbruchversuch mit exzentrischer,
lotrechter Last auf Sand. Der Bruch trat hier im Gebiet A auf, kann
aber auch in B erfolgen.
Bei zunehmender Neigung der Last gegen das Lot verringert der
Bruchkörper rasch sein Volumen und geht  0, wenn die Lotabweichung den Wert  bei nichtbindigem Boden erreicht. Das bestätigt sowohl der Versuch, Bild K09.30, als auch die Rechnung,
Bild K09.50. Es besteht somit ein stetiger Übergang zum Versagensvorgang des Gleitens.
Bild K09.30: Grundbruch, Verformungsbild im
Grundriss (MUHS / WEISS, 1969)
Lastneigung 30°
Lastneigung 20°
Bild K09.40: Grundbruchformen bei geneigter Last
aus Versuchen (MUHS / WEISS, 1975)
Bild K09.50: Rechnerisch ermittelte Gleitlinien bei
variabler Lastneigung (MUHS / WEISS, 1975;
SMOLTCZYK, 1960)
Seite
K.12
Einfache Flachgründungen
Ein sehr viel kleineres Risiko besteht, wenn H parallel zur langen
Seite eines Fundaments wirkt: bei kleiner H- und großer V-Last
bricht der Boden zuerst vor der Langseite, wenn die Resultierende
zentrisch angreift, so dass in derartigen Fällen die Traglast nicht
vermindert sein dürfte. Da aber ein Beweis hierfür noch aussteht,
ist in DIN 1054 und DIN 4017 auch für diesen Fall eine Abminderung der Traglast vorgesehen, s.u..
Wo größere H-Lasten auftreten können (z.B. aus Windscheiben in
Hochhäusern), ordnet man die Fundamente so an, dass ihre Langseite in die Richtung der größten H-Last fällt.
Bei exzentrischem Lastangriff erfolgt die Berücksichtigung der
Traglastminderung näherungsweise durch Berechnung einer zentrisch belasteten Ersatzfläche (in Bild K09.60 dicker umrandet) A'
mit den Seitenlängen (Rechteck vorausgesetzt):
b' = b - 2·eb und a' = a - 2·ea (b'  a').
Die durch dieses vereinfachte Vorgehen implizierte Form des
Bruchkörpers bei mittiger Last auf kleinerer Grundfläche weicht von
dem wirklichen Bruchkörper bei ausmittiger Last auf A zweifellos ab:
man tut so, als ob nur noch ein Teilvolumen des Bodens stützt und
A' sich gleichmäßig setzt. Diese Art der Traglastminderung ist aber
wenigstens tendenziell sachgemäß und hat sich international eingebürgert.
K.8.3 Grundbruchnachweis im Regelfall (s. a. DIN 4017)
Bild K09.60: Grundbruch bei ausmittiger Last
1: Beanspruchung,
2: Grundbruchkörper,
3: tatsächliche Grundfläche,
4: rechnerische Grundfläche
(DIN 4017)
Nach DIN 1054:2005 ist das Grundbruchversagen eines Fundamentes als Grenzzustand 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen einzuordnen, entsprechend dem EC 7 als
Grenzzustand STR.
Die in DIN 4017 geregelte Ermittlung des Grundbruchwiderstandes stützt sich auf das von TERZAGHI (1942) vorgeschlagene und seitdem von vielen Autoren, siehe z.B. DE BEER (1964) weiterentwickelte halbempirische Verfahren, bei dem Einflüsse aus der Fundamentbreite (Breitenglied), der Einbindetiefe (Tiefenglied) und der Kohäsion (Kohäsionsglied) addiert
werden. Dabei werden vom Reibungswinkel abhängige Tragfähigkeitsbeiwerte und Beiwerte zur Berücksichtigung der Fundamentform (Formbeiwerte
), Lastneigung (Neigungsbeiwerte i), Geländeneigung (Beiwerte ) und Sohlflächenneigung
(Beiwerte ξ) verwendet. Wiedergegeben ist hier die DIN 4017 (03/2006). Die Formel zur Berechnung des charakteristischen
Grundbruchwiderstands Rn,k bei Rechteckfundamenten lautet:
Rn,k = a’·b’·(2·b’·Nb + 1·d·Nd + c·Nc)
Einfluss der Gründungsbreite
mit
Nb = Nb0·b·ib·b·b
Gründungstiefe
Kohäsion
Nd = Nd0·d·id·d·d
Nc = Nc0·c·ic·c·c
Hierin bedeuten:
a', b'
1
2
d
um den Einfluss der Exzentrizität abgeminderte Fundamentabmessungen (b' 
a')
Wichte des Bodens im Einbindebereich
Wichte des Bodens unterhalb des Fundamentes
Einbindetiefe des Fundaments zur Ermittlung der seitlichen Auflast 1 · d
(Neben der seitlichen Auflast aus Bodeneigengewicht können auch andere dauerhaft wirksamen
Auflasten günstig angesetzt werden.)
Seite
K.13
Einfache Flachgründungen
c
Nb0, Nd0, Nc0
b, d, c
ib, id, ic
b, d, c
ξb, ξd, ξc
Kohäsion
Tragfähigkeitsbeiwerte; sie sind vom Reibungswinkel ' abhängig
Formbeiwerte (bezogen auf abgeminderte Abmessungen!)
Neigungsbeiwerte
Geländeneigungsbeiwerte
Sohlneigungsbeiwerte
Nach DIN 1054:2005 ist nachzuweisen:
Nd  Rn,d
mit Nd = NG,k · G + NQ,k · Q und
Rn,d = Rn,k / Gr
Der Index d steht für Bemessungswerte, k für charakteristische Werte.
Die Teilsicherheitsbeiwerte bei den Vertikallasten NG und NQ ergeben sich
aus Tabelle 2 der DIN 1054 für den Grenzzustand 1B, z.B. für den Lastfall 1 mit
G = 1,35 (ständige Einwirkungen) und Q = 1,5 (veränderliche Einwirkungen)
Gr ist der Teilsicherheitsbeiwert auf den Grundbruchwiderstand (im LF 1 = 1,4).
Die Beiwerte ergeben sich unter Verwendung der DIN 4017 (03/2006) wie nachfolgend angegeben.
Tragfähigkeitsbeiwerte:
Sie hängen nur vom Reibungswinkel ' ab, siehe Bild K09.70 und Tabelle Bild K09.80. Sie sind nur in einfachen Sonderfällen geschlossen berechenbar und überwiegend empirisch angenähert. Die Werte Nd0 und Nc0 gehen auf PRANDTL (1920)
zurück, Nb0 auf empirische Untersuchungen und theoretische Berechnungen (MUHS / WEISS, 1975).
Bild K09.70: Tragfähigkeitsbeiwerte (DIN 4017)
φ
Nc0
Nd0
Nb0
0°
5°
10°
15°
20°
22,5°
25°
27,5°
30°
32,5°
35°
37,5°
40°
42,5°
5,14
6,5
8,5
11,0
15,0
17,5
20,5
25
30
37
46
58
75
99
1,0
1,5
2,5
4,0
6,5
8,0
10,5
14
18
25
33
46
64
92
0
0
0,5
1,0
2,0
3,0
4,5
7,0
10
15
23
34
53
83
Bild K09.80: Tragfähigkeitsbeiwerte (tabellarisch)
Seite
K.14
Einfache Flachgründungen
Formbeiwerte:
Die ersten Grundbruchgleichungen wurden für den ebenen Verformungszustand, also Streifenfundamente ermittelt. Für
diese gilt b = d = c = 1.
Andere Fundamentformen werden mit von 1 abweichenden Formbeiwerten berücksichtigt.
Für das Rechteck gilt:
b  1 – 0,3·b’ / a’
d  1 + (b’ / a’)·sin 
c (  0)  (d · Nd0 – 1)/(Nd0 – 1)
c (  0)  1 + 0,2·(b’ / a’)
Lastneigungsbeiwerte:
Nach DIN 1054 ist der charakteristische Grundbruchwiderstand unter Berücksichtigung der Neigung der resultierenden
charakteristischen Beanspruchung in der Sohlfläche zu ermitteln. Bei Verwendung von Bemessungswerten würden sich
oft andere Neigungen ergeben, da für ständige und veränderliche Lasten verschiedene Teilsicherheitsfaktoren vorliegen
und die Zuordnung der H- und V-Lasten zu ständigen und veränderlichen Lasten variieren kann.
Der Lastneigungswinkel  wird ermittelt nach tan  = T / N (mit  < ). Er wird positiv definiert, wenn sich der zugeordnete
Gleitkörper in Richtung der Tangentialkomponente T verschiebt (Regelfall).
Fall 1:  > 0 und c ≥ 0:
i b  (1  tan ) m1
i d  (1  tan ) m
für  > 0:
i c  (i d  N d0  1) /(N d0  1)
m  m a cos ²   m b sin ² 
(  Winkel zwischen T und der Richtung von a' )
m b  [2  (b' / a' )] / [1  (b' / a' )]
m a  [2  (a' / b' )] / [1  (a' / b' )]
Fall 2:  = 0 und c > 0:
id  1
ib entfällt, da Nb0  0
ic  0,5  0,5  1 
T
a'  b'  c
Geländeneigungsbeiwerte:
Die Beziehungen gelten für  bei Gründungskörpern, deren Längsachse etwa parallel zur Böschungskante liegt.
Fall 1:  > 0 und c  0:
 b  (1  0,5  tan ) 6
 d  (1  tan )1,9
 c  (Nd0  e 0,0349tan   1) /(Nd0  1)
Fall 2:  = 0 und c > 0:
d  1
 b entfällt, da Nb0  0
 c  1  0,4  tan 
Seite
K.15
Einfache Flachgründungen
Sohlneigungsbeiwerte:
Der Winkel  wird positiv definiert, wenn sich der Gleitkörper in Richtung der Horizontalkomponente Nh verschiebt.
Fall 1:  > 0 und c  0:
b   d   c  e 0,045tan 
Fall 2:  = 0 und c > 0:
d  1
b entfällt, da Nb0  0
 c  1  0,0068
Bild K09.90: Definitionen ,  und  (v. l. n. r.:
Lastneigung, Geländeneigung, Sohlneigung)
(DIN 4017)
Bei der Grundbruchberechnung ist weiterhin zu beachten:
-
Die Berechnung der resultierenden Einwirkung bezieht sich auf die Höhe der Sohlfläche des Fundaments. Sie enthält
damit auch das Fundamenteigengewicht. Außerdem darf ein teilmobilisierter Erdwiderstand
Bk = 0,5 · Ep,k über die
Tk berücksichtigt wer-
Einbindetiefe d, siehe Bild K09.60, als günstig wirkende Reaktionskraft zur Reduzierung von
den.
-
-
Es ist zu prüfen, ob der Lastfall (max N, T = 0) oder (min N, max T) maßgebend wird.
Bei der Festlegung der Bodenkennwerte für die Wichte  (bzw. ') und die Scherparameter ' und c' bzw. cu muss
häufig geschichteter Baugrund berücksichtigt werden. Dies ist recht problematisch, da man zwecks Anwendung geschlossener Grundbruchgleichungen gewichtete Mittelwerte festlegen müsste und die Gewichtung von der Teilnahme
der Schichten am Bruchvorgang abhinge. Letzteres aber wäre wiederum nur in Kenntnis der "richtigen" Bruchfläche
machbar, die mit den Randbedingungen und Lastfällen stark variiert. Im Beiblatt der DIN 4017 ist ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Form der Grundbruchfigur und die gewichteten Scherfestigkeiten entlang der Grundbruchfuge iterativ
ermittelt werden. Sie ist jedoch nur bei begrenzter Bandbreite der mitwirkenden Bodenkennwerte zulässig. Bei geschichtetem Baugrund und auch für stark streuende Bodenkennwerte ist daher die bessere Alternative, Grundbruchlasten z.B.
mit Hilfe der kinematischen Element-Methode (KEM) zu errechnen.
b = a = D angesetzt. Die in den Gleichungen vorkommenden Sohlflächen werden selbstverständlich aus  · D / 4 ermittelt.
Bei kreisförmigen Fundamenten werden die Beiwerte eines Quadrats und
2
Seite
K.16
Einfache Flachgründungen
-
Der Boden neben dem Fundament wird mit 1 · d nur als
Auflast berücksichtigt. Seine Scherfestigkeit wird also vernachlässigt. Bei Erfordernis kann auch hier mit Hilfe der Kinematischen-Element-Methode (KEM) eine den Einbindebereich zutreffender berücksichtigende Ermittlung vorgenommen werden.
β
β
β
Bild K09.100
K.8.4 Grundbruchnachweis in Sonderfällen
K.8.4.1 Abgestufter Querschnitt
Nach SALDEN (1981) sind die Tragfähigkeitsbeiwerte bei einem
Fundament mit keilförmiger (Öffnungswinkel β) Sohle kleiner als
bei waagerechter Sohlfläche. Bei abgestufter oder angeschrägter
Sohlfläche (Bild K09.100) rechnet man zweckmäßig mit den im
Bild gestrichelt eingetragenen Ersatz-Keilformen.
Bei der in Bild K09.110 skizzierten Stützmauer mit Sporn kann
man zu einer für einen Grundbruchnachweis rechnerischen Breite
cal B kommen, wenn durch die Hinterkante des Sporns eine
Coulombsche Bruchfläche gelegt und geprüft wird, ob sich dabei
eine größere Breite als die des Fundaments ergibt.
Wenn bei Kellerfundamenten die aus
a
cal B
Bild K09.110: Ersatzfundamentbreite für eine
Stützmauer mit Sporn
q1 (Einbindung in den Bo-
den) und q2 (Sohlplattengewicht) resultierende Auflast noch keine
ausreichende Sicherheit gibt, kann man die Platte für die noch
fehlende Differenzlast q3 (Sohldruck) bemessen.
K.8.4.2 Einfluss benachbarter Fundamente
Wenn zwei Fundamente so dicht beieinander stehen, dass sich die
Bruchbereiche zwischen ihnen überschneiden, beeinflussen sie
sich in ihrer Traglast. Dabei sind 3 verschiedene Fälle in Bild
K09.130 a-c zu unterscheiden:
(a) drehsteife Zwangskopplung zweier Fundamente;
(b) drehsteife oder -weiche Zwangskopplung, aber mit ungleicher
Belastung;
(c) kinematisch unabhängige Fundamente mit ungleicher Belastung.
Bild K09.120: Bemessung einer Kellerbodenplatte
mit dem Ziel, die Grundbruchlast der Fundamente
zu erhöhen
Bisherige wissenschaftliche Untersuchungen behandeln nur Fall
(a) unter der Annahme, dass beide Fundamente gleichzeitig versagen. Dabei zeigen Versuch wie Rechnung (siehe z. B. Bild
K09.140 nach STUART, 1962), dass die Grenzlast über die Summe der Einzel-Grenzlasten hinaus bis zu einem Maximum ansteigt
und dann wieder langsam abfällt, wenn L/B anwächst, d.h. die
Fundamente sich voneinander entfernen: links vom Maximum
wirken noch beide Fundamente gemeinsam, so dass der Vergrößerungsfaktor V mit L zunimmt und der Grundbruch nach außen
maßgebend ist. Rechts vom Maximum ist der Bruch nach innen
maßgebend. Die Spitze ist also ein Verzweigungspunkt der Lösung.
Bild K09.130: Verschiedene Möglichkeiten gegenseitiger Fundamentbelastung
Seite
K.17
Einfache Flachgründungen
In den Fällen nach Bild K09.130 (b) und (c) kann man von diesen Ergebnissen keinen Gebrauch machen, sondern muss
jedes Fundament einzeln unter Berücksichtigung der risikomindernden Wirkung des Nachbarfundaments untersuchen.
Dabei kann so vorgegangen werden, wie es Bild K09.150 zeigt: das Nachbarfundament wird mit seiner Minimallast min P2 in
die seitliche Auflast einbezogen. Für Lf sollte man dazu auf der sicheren Seite liegend nur die unter Berücksichtigung der
Gleitlinienkrümmung für d = 0 von WEISS (1975) berechneten Werte nach Bild K09.160 einsetzen. Sie sind wesentlich kleiner als die seitlichen Einflusslängen, die sich nach einem vergleichbaren Bild in DIN 4017, Beiblatt zu Teil 1, ergeben (Bild
09.170):
Bild K09.140: (STUART, 1962)
Bild K09.160: Gleitlinienkrümmung bei Einbindetiefe D = 0
(WEISS, 1975)
Bild K09.150: stabilisierende Wirkung eines Nachbarfundamentes
Bild K09.170: Gleitlinienverlauf (DIN 4017, Anhang A)
a
K.8.4.3 Aufgelöste Fundamentgrundrisse
Bei den in Bild K09.180 skizzierten aufgelösten
Fundamentformen ist im Einzelfall zu entscheiden,
ob ein System nur als Gesamtsystem versagen
kann (linkes Bild) oder lokales Versagen des Bodens zwischen und neben den Teilen des aufgelösten Fundamentes möglich ist (rechtes Bild).
b
a
Bild K09.180
b
Seite
K.18
Einfache Flachgründungen
K.8.4.4 Fundamente mit nicht-rechteckigem Grundriss (SMOLTCZYK, 1976)
Da eine Grundbruchtheorie für allgemeine räumliche Aufgaben nicht vorhanden ist und sich die Formbeiwerte nur auf
Rechteckflächen beziehen, müssen abweichende Formen in plausibler Weise durch Rechteckformen angenähert werden.
Fundament mit einspringenden Seiten, Bild K09.190
Der Bruch wird in A und B ausgelöst. b1 wäre als rechnerische Breite zu günstig, b2 zu ungünstig. Daher rechnet man die
Gesamtfläche A aus und daraus cal b = A/a: Nachweis an der Ersatzfläche a(cal b).
Fundament mit ausspringenden Seiten, Bild K09.200
Ob der Bruch in C,D oder A,B beginnt, hängt von b1/b2 ab. Bei gedrungener Grundrissform ist die rechte Bruchfigur wahrscheinlicher. Rechnerische Ersatzbreite cal b = (A1+ A2+ A3) / b2, bzw. über die Diagonale = (A1+ A2 + A3) / b3.
Beliebiger Grundriss, Bild K09.210
Aufgrund der Hypothese, dass die Hauptträgheitsachsen auch die bevorzugten Entwicklungsrichtungen des Grundbruchs
sind (ebene Bruchzustände können sich in diesen Richtungen am ehesten zwängungsfrei ausbilden), wird eine Ersatzfläche
so bestimmt, dass sie
(a)
flächengleich ist;
(b)
dieselben Hauptträgheitsrichtungen und
(c)
dasselbe Verhältnis I1/I2 der Hauptträgheitsmomente hat. Dazu rechnet man analog zu den Transformationsregeln
bei ebenen Spannungen (Vorlesung Scherfestigkeit) Ixx,
Ixy, Iyy, tan2 sowie I1 und I2 aus. Wegen A  b 2  I2 / I1 erge-
ben sich die Abmessungen der rechnerischen Ersatzfläche:
cal b =
A  I1 / I2
cal a = A / cal b
A
B
B
b2
b1
C
D
A1
E
D
F
a
Bild K09.190: Fundament mit einspringenden
Seiten (SMOLTCZYK, 1976)
b2
A
cal b
(5;3;8)
A
b1
(10;5)
Schwerpunkt
S
(2;3)
b1
Bild K09.200: Fundament mit ausspringenden
Seiten (SMOLTCZYK, 1976)
2
(0;3)
A3
C
b3
y
A2
a
S
α
1
x
(0;0)
b2
(10;0)
Bild K09.210: Fundament mit beliebigem Grundriss (SMOLTCZYK, 1976)
B
Bild K09.220: Fundament in U-Form (SMOLTCZYK,
1976)
Seite
K.19
Einfache Flachgründungen
Fundament in U-Form, Bild K09.220
Da das Fundament keine über die Breite a hinausstehenden Teile hat und einfach symmetrisch ist, braucht man den
Schwerpunkt S nicht zu bestimmen, sondern rechnet die Ersatzbreite cal b = A / a unmittelbar aus.
Exzentrische Belastung unregelmäßiger Grundrisse
Man ermittelt wie üblich den Durchstoßpunkt der Resultierenden durch die Sohlfläche. Dann wandelt man die unregelmäßige Sohlfläche nach den angegebenen Regeln in ein Ersatzrechteck um und prüft, ob die Resultierende innerhalb der 1.
Kernweite der Ersatzrechteckfläche bleibt (es ist nicht zu empfehlen, bei unregelmäßigen Grundrissen Durchstoßpunkte
zwischen der 1. und 2. Kernweite zuzulassen, wie das nach DIN 1054 bei regelmäßigen Grundrissen für die Gesamtresultierende gestattet wird) und ermittelt weiter die Exzentrizitäten in Bezug auf die Längen cal a und cal b. Dann geht der Nachweis weiter wie im Regelfall.
K.8.5 Flachgründung in der Nähe einer Böschung
Bild K09.230 zeigt das Ergebnis einer Geländebruchuntersuchung
nach dem Lamellenverfahren (Vorlesung Böschungen). Geht man
davon aus, dass jeweils nur die vordere und hintere Hauskante
Anrisspunkte für ein Böschungsversagen sein können, kommt
man zu u.U. günstigen Aussagen: es wäre dann nämlich ergänzend nachzuweisen, ob die Hauskonstruktion überhaupt in der
Lage ist, einen Bruchzustand innerhalb des Hausgrundrisses zu
verhindern, d.h. man müsste eine Bruchfläche untersuchen, die
sich durch das Gebäude hindurch nach oben fortsetzt. Praktisch
lässt sich das am einfachsten erfassen, indem man die im Gebäude mobilisierbare Scherkraft als zusätzliches Reaktionsmoment
ansetzt.
Neben derartigen Nachweisen, die das Verhalten von Bauwerk
und Böschung im Zusammenwirken betrachten, muss für Bauwerke, die oberhalb oder innerhalb eines Geländesprunges stehen, die Geländebruchsicherheit insgesamt nachgewiesen werden (Grenzzustand 1C: Grenzzustand des Verlustes der Gesamtstandsicherheit).
K.9
160 kN/m²
γφ = 1,17 *
γφ = 1,27
γφ = 1,18
γφ = 1,51
φk = 35°
ck = 0
γ = 18kN/m³
Bild K09.230: Flachgründung in Nähe einer
Böschung
Nachweis der Auftriebsicherheit
Auch das Aufschwimmen von Bauwerken ist ein möglicher Versagensfall, der durch entsprechende Nachweise bzw.
Maßnahmen auszuschließen ist. Der unter einem Bauwerk oder Bauteil mögliche Sohlwasserdruck (Auftrieb) muss durch
das Gewicht des Bauwerks (einschließlich etwaigen Erdballasts) und – sofern dies nicht ausreicht – durch zusätzliche
Verankerungen aufgenommen werden. Zusätzlich können die Bemessungs-Reibungswiderstände am Umfang des in den
Boden einbindenden Bauwerksteiles mit herangezogen werden. Das Bauwerksgewicht lässt sich mit nur geringen Ungenauigkeiten nach DIN 1055 Teil 1 ermitteln.
Die Nachweise werden in Kapitel S, "Bauen im Grundwasser", behandelt.
Zu beachten ist, dass der Nachweis der Auftriebssicherheit auch dann zu führen ist, wenn ein Bauwerk in eine gering
durchlässige bindige Bodenschicht einbindet, falls die Randbedingung "Sohlwasserdruck = 0" unter der Sohle nicht durch
ein über die Lebensdauer des Bauwerks funktionsfähiges Dränsystem gewährleistet werden kann.
K.10
Nachweis der Gebrauchstauglichkeit / Setzungen (Verweis)
Für den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit sind Verformungsberechnungen erforderlich, sofern die Fundamente nicht
nach zulässigen Sohlspannungen bemessen werden und die Verträglichkeit des Bauwerks für die dort genannten zugehörigen Setzungen vorhanden ist.
Als Folge der Setzungsberechnungen kann eine erforderliche Vergrößerung der Fundamente resultieren, da vor allem bei
großen Fundamenten weniger die Grundbruchsicherheit als vielmehr Verformungskriterien die zulässige Belastung von
Gründungen begrenzen.
Es wird auf das Kapitel H, "Baugrundverformungen", verwiesen.
Einfache Flachgründungen
K.11
Seite
K.20
Anforderungen an Gründungssohlen
Die in dieser Vorlesung bisher behandelten Gründungsnachweise und Verformungsberechnungen sind Bestandteile der
Planung. Der dabei vorausgesetzte Baugrundaufbau stammt aus einem Baugrundmodell, welches in der Regel auf stichprobenartigen Erkundungen beruht. Bei der Bauausführung, bei welcher der Baugrund in der Gründungssohle erstmalig
vollständig aufgeschlossen wird, muss überprüft werden, dass die bei der Planung vorausgesetzten Annahmen zutreffen,
andernfalls wird eine Anpassung der Planung erforderlich. Die Verantwortung, dass die Überprüfung vorgenommen wird,
liegt beim Bauleiter. Sie erfordert Sachkunde und um sie zu ermöglichen, sollten auf Fundamentplänen geeignete Hinweise gegeben werden, z.B.:
-
Bezug auf das Baugrund- und Gründungsgutachten, in dem üblicherweise die erwarteten Baugrundverhältnisse beschrieben und z.B. die Voraussetzungen für die Nutzung zulässiger Sohlspannungen genannt sind.
-
Regelung, dass die Gründungssohlen vom Baugrundsachverständigen – möglichst von der Person, die das Baugrundmodell aufgestellt und die Gründung entworfen hat – abgenommen werden.
-
Angabe der tatsächlich maximal genutzten Sohlspannung, vor allem, wenn im Gutachten verschiedene Alternativen
behandelt sind.
-
Angabe, wie tief Fundamente ausgehoben werden, vor allem dann, wenn geschichteter Baugrund vorliegt und eine
bestimmte Bodenschicht erreicht werden muss, um die planmäßigen Gründungslasten sicher und verträglich aufzunehmen.
konkrete konstruktive Hinweise aus dem Gutachten, z.B. auf erforderliche Verdichtung der Gründungssohle, Austausch aufgeweichter Partien etc.
Es ist Unsinn, beispielsweise zu schreiben: "Die vorausgesetzte zulässige Sohlspannung beträgt xxx kN/m2 und ist auf
der Baustelle verantwortlich zu prüfen", denn die zulässige Sohlspannung bzw. die Erfüllung von Grenzzustandsgleichungen ergibt sich aus Grundbruch- und Setzungsnachweisen oder aus Tabellen, wozu stets als Voraussetzung ein
Baugrundmodell bzw. die Kenntnis des Bodens unterhalb der Gründungssohle bekannt sein müssen. Dies erfordert jedoch eine Erkundung und ingenieurmäßige Planungsschritte, beides Aktionen, die rechtzeitig vor dem Freilegen der
Gründungssohle vorgenommen werden müssen. Kein Sachverständiger hat Röntgenaugen!
-
Gründungssohlen bilden die Schnittstelle zur Einleitung der Gebäudelasten in den Untergrund. Bei der Planung wird
vorausgesetzt, dass der Boden unmittelbar in der Gründungssohle demjenigen unterhalb der Gründungssohle entspricht,
mit dem beispielsweise Setzungs- und Grundbruchnachweise geführt wurden. Beim Aushub, z.B. durch die Wirkung von
Reißzähnen an einer Baggerschaufel oder allein durch die Gewichtsentlastung, können vor allem Böden ohne oder mit
geringer Kohäsion in der Gründungssohle aufgelockert werden. Derartige Auflockerungen sollten durch eine entgegenwirkende Verdichtung kompensiert werden. Hier kann es zweckmäßig sein, die Verdichtung durch Versuche (Plattendruckversuche, Dichtebestimmungen) zu überprüfen. Bindige Böden können durch Witterungseinflüsse, wie Niederschläge oder Frost, ihre vorausgesetzten Eigenschaften verlieren. Sie sollten daher unmittelbar nach dem Freilegen der Gründungssohle vor derartigen Einflüssen geschützt werden, siehe unten. Bei aufgelockerten oder aufgeweichten Gründungssohlen können andernfalls schnell zusätzliche 1 cm bis 2 cm Verformungen entstehen, und dies, nachdem man
womöglich zuvor in der Gründungsplanung hohen Aufwand getrieben hat, um eine Begrenzung der rechnerischen Verformungen auf 1 cm zu erreichen.
K.12
Konstruktive Hinweise zur Fundamentherstellung
Bei bewehrten Fundamenten sollte stets eine Sauberkeitsschicht von mindestens 5 cm Stärke (Unterbeton, C8/10) angeordnet werden. Eine derartige, unmittelbar nach dem Aushub eingebrachte Schicht verhindert Witterungseinflüsse, sichert die geplanten Betonabmessungen und lässt den ordnungsgemäßen Einbau der Bewehrung mit Abstandshaltern zu.
Bei Aushub von Fundamentgruben im Fels kann mit der Sauberkeitsschicht auch geologisch bedingter Mehraushub ausgeglichen werden, der beim schonenden und schichtparallelen Fundamentaushub entsteht.
Je nach Standfestigkeit von Böden und der planmäßigen Einbindetiefe müssen Fundamente geschalt oder können sie
"gegen Grund" betoniert werden. Es kann durchaus wirtschaftlich sein, in geböschten Fundamentgruben auf eine Schalung zu verzichten und einen Mehrverbrauch an Beton zu akzeptieren.
Fundamentabmessungen sollten stets so gewählt werden, dass sie auch mit üblichen Geräten hergestellt werden können. So lässt sich eine Fundamentabmessung von 1 m auf 1 m nur von Hand oder mit Kleingeräten (teuer) herstellen, ein
Fundament mit 0,6 m auf 1,6 m kann dagegen mit einem leistungsfähigen Bagger mit hydraulischem Schließgreifer ausgehoben werden.
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K.21
Einfache Flachgründungen
In Festgestein ist das Herstellen von engen Fundamentgruben oft mit Schwierigkeiten beim Lösen
verbunden. Bei flach geneigten Schichtflächen ist
es dagegen leichter, Fels flächig zu lösen. Dann
empfiehlt sich, die Baugrube auf ein einheitliches
Niveau auszuheben und Fundamente mit Hilfe
einer Negativschalung zu betonieren. So ist es
z.B. möglich, bei einer Bodenplattenstärke von 20
cm und einer darunter liegenden Kies- und Sauberkeitsschicht mit zusammen ebenfalls 20 cm
Stärke 40 cm hohe Fundamente in einer Negativschalung aus unbewehrtem Beton gleichzeitig mit
der Bodenplatte zu betonieren und sie dabei in die
Bodenplatte zu integrieren.
K.13
Negativschalung
für Fundamente
Kapillarbrechende
Tragschicht
Magerbeton
Fels
Bild K13.10: Herstellen von Fundamenten in einer Negativschalung
Konstruktion gering belasteter Bodenplatten
Im Zusammenhang mit einfachen Flachgründungen auf Einzel- oder Streifenfundamenten sind häufig für Untergeschossräume gering belastete Bodenplatten zu gründen. Hier sollten zumindest folgende Punkte beachtet werden:
-
Der Bauablauf sollte so gesteuert werden, dass die endgültige Aushubsohle für die Gründung der Bodenplatte unmittelbar nach dem Freilegen wieder überbaut wird. Im Zusammenhang mit dem Grobaushub sollte dazu zunächst eine
Schutzschicht – je nach Baubetrieb bis zu 50 cm – belassen werden. Feinaushub und Erstellung des Planums sind
dann eigene Herstellschritte.
-
Auflockerungen im Zusammenhang mit dem Aushub sind durch Verdichtung zu kompensieren.
-
Filterstabile Trennung zwischen feinkörnigen Böden im Untergrund und einer darüber folgenden kapillarbrechenden
Schicht, z.B. mit Hilfe eines Vlieses.
-
Soll ein Feuchtigkeitsaufstieg durch Kapillartransport in die Bodenplatte hinein verhindert werden, wird eine kapillarbrechende Schicht erforderlich. Bei hohen Anforderungen sollte hier ein Material verwendet werden, dessen kapillare
Steighöhe geringer ist als die übliche Schichthöhe von 15 cm bis 20 cm. Dann wird Kies oder gebrochenes Material
ohne Anteile in der Feinkorn- und Sandfraktion erforderlich.
-
Zur Verhinderung, dass Zementleim in die kapillarbrechende Schicht eindringt, wird über ihr gern eine Folie verlegt.
Aufgeweichte Böden, die durch Austrocknen oder selbst unter geringer Last nachgeben, sollten entfernt werden.
Achtung bei Böden, die auch ohne Belastung nachgeben können (Auffüllungen, Torf, etc.). Hier können freitragende
Bodenplatten erforderlich werden, die den Bereich zwischen – dann in der Regel tiefergeführten – Fundamenten frei
überspannen.
Im Hinblick auf eine geordnete Verlegung einer Bewehrung sollte eine Sauberkeitsschicht (C8/10) angeordnet werden.
Falls Wärmeschutzmaßnahmen geboten sind, liegt unter der Bodenplatte eine Wärmedämmplatte.
Wenn bei einer Flachgründung auf Einzel- und Streifenfundamenten nennenswerte Setzungen erwartet werden und eine
gering belastete Bodenplatte vor der Belastung der Fundamente durch die Gebäudelast fertiggestellt ist, entstehen
Zwängungen zwischen den sich setzenden Fundamenten und der unverformten Bodenplatte. In solchen Fällen kann es
zweckmäßig sein, die Bodenplatten in UG-Räumen erst am Ende der Rohbauerstellung herzustellen.
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Einfache Flachgründungen
K.14
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K.22
Schrifttum
DIN 1054, 01/2005, mit Berichtigungen aus 01/2007
DIN 4017, 03/2006
EC 7
LEUSSINK, H. / BLINDE, A. / ABEL, P. G. (1966): Versuche über die Sohldruckverteilung unter starren Grundkörpern auf
kohäsionslosem Sand. Veröff. Inst. F. Bodenmechanik, TH Karlsruhe, Heft 22.
MUHS, H. (1968): Flachfundationen. Mitt. DEGEBO Berlin, Heft 21.
MUHS, H. / WEISS, K. (1969): Die Grenztragfähigkeit und Schiefstellung ausmittig-lotrecht belasteter Einzelfundamente
im Sand nach Theorie und Versuch. Mitt. DEGEBO Berlin, Heft 22.
MUHS, H. / WEISS, K. (1975): Die Grenztragfähigkeit von flach gegründeten Streifenfundamenten unter geneigter Belastung nach Theorie und Versuch. Mitt. DEGEBO Berlin, Heft 31.
SALDEN, D. (1981): Einfluss der Sohlenform auf die Traglast von Fundamenten. GEOTECHNIK 4, S. 137-144.
SMOLTCZYK, H.-U. (1960): Ermittlung eingeschränkt plastischer Verformung im Sand unter Flachfundamenten, Verlag
W. Ernst & Sohn Berlin.
SMOLTCZYK, U. (1976): Sonderfragen beim Standsicherheitsnachweis von Flachfundamenten. Mitt. DEGEBO Heft 32, S.
111-117.
STUART, J. G. (1962): Interference between foundations, with special reference to surface footings. Géotechnique 12, S.
15-22.
TERZAGHI, K. v. (1942): Theoretical Soil Mechanics. Verlag J. Wiley & Sons New York.
WEISS, K. (1970): Der Einfluss der Fundamentform auf die Grenztragfähigkeit flachgegründeter Fundamente, Mitt.
DEGEBO Berlin, Heft 25.
WEISS, K. (1973): Die Formbeiwerte in der Grundbruchgleichung für nichtbindige Böden. Mitt. DEGEBO Berlin.