Veröffentlichung: MABl. By 1977 S. 50

Design loads for buildings; soil properties; unit weight, angel of friction, cohesion, wall friction

Diese Norm wurde in der Arbeitsgruppe Einheitliche Technische Baubestimmungen (ETB) des FNBau ausgearbeitet. Sie ist den obersten Bauaufsichtsbehörden vom Institut für Bautechnik, Berlin, zur bauaufsichtlichen Einführung empfohlen worden.

In dieser Norm sind die von außen auf eine Baukonstruktion einwirkenden Kräfte, z.B. Gewichtskräfte, auch als Lasten bezeichnet.

1 Geltungsbereich

1.1 Die nach dieser Norm gewählten Bodenkenngrößen gelten für die Berechnung der Standsicherheit und der Abmessungen baulicher Anlagen, die durch die Eigenlast des Bodens oder durch Erddruck belastet werden.

1.2 In schwierigen Fällen wird die Mitwirkung eines in Grundbau und Bodenmechanik erfahrenen Sachverständigen empfohlen.

2 Zweck

Durch diese Norm soll angegeben werden,

1. wie die Bodenkenngrößen im Einzelfall zu wählen sind,
2. welche Einschränkungen bei der Verwendung dieser Bodenkenngrößen zu beachten sind,
3. mit welchem Wert bei der Ermittlung des Erddrucks eine Wandreibung angesetzt werden darf,
4. in welchen Fällen der Grenzwert des aktiven Erddrucks, der Erdruhedruck oder ein zwischen diesen Werten liegender Erddruck anzusetzen ist.

Damit bodenmechanische Untersuchungen auf das unbedingt erforderliche Maß beschränkt werden können, sind für überschaubare Fälle Tabellenwerte angegeben.

3 Begriffe

3.1 Die Wichte des Bodens (früher Raumgewicht des Bodens) ist die Gewichtskraft eines Bodenkörpers, bezogen auf sein Volumen einschließlich der mit Flüssigkeit und Gas gefüllten Poren. Dabei ist zwischen der Wichte des feuchten: Bodens γ, der des wassergesättigten Bodens γ_r und der des Bodens unter Auftrieb γ' zu unterscheiden, siehe DIN 4015.

3.2 Die Scherfestigkeit ist der Widerstand, den der Boden im Bruchzustand in einer Scherfläche der Scherbeanspruchung entgegenzusetzen vermag, bezogen auf die Scherfläche. Die Scherfestigkeit lässt sich im allgemeinen in einen Reibungsanteil und in einen Kohäsionsanteil zerlegen. Man erhält damit die Scherparameter Φ und c, siehe DIN 18 137 Teil 1 Vornorm.

3.3 Als innerer Reibungswinkel (kurz Reibungswinkel genannt) wird in der graphischen Auftragung - der Scherspannungen auf der Ordinatenachse und der Normalspannungen auf der Abszissenachse (τ,σ, -Diagramm) - bei Annahme einer geraden Scherlinie deren Neigungswinkel gegenüber der Waagerechten bezeichnet. Bei bindigen Böden ist dabei zwischen dem Reibungswinkel Φ ' des konsolidierten Bodens und dem Reibungswinkel Φ_u des unkonsolidierten Bodens zu unterscheiden, siehe DIN 18 137 Teil 1 Vornorm.

3.4 Als Kohäsion wird der Ordinatenabschnitt der Scherlinie in der graphischen Auftragung nach Abschnitt 3.3 bezeichnet. Bei bindigen Böden ist dabei zwischen der Kohäsion c' des konsolidierten Bodens und der Kohäsion c_u des unkonsolidierten Bodens zu unterscheiden, siehe DIN 18 137 Teil 1 Vornorm.

3.5 Der Wandreibungswinkel δ ist der Winkel zwischen der angreifenden Erddrucklast und der Flächennormalen auf die belastete Bauwerksfläche.

3.6 Der aktive Erddruck ist der kleinste Erddruck, der sich infolge von Bodeneigenlast und Auflasten hinter einer Wand einstellt, wenn sich diese im erforderlichen Maße vom Erdreich weg bewegt. Er ergibt sich aus einer rechnerischen oder graphischen Untersuchung verschiedener Gleitflächen unter Berücksichtigung der Bodenkenngrößen nach den Abschnitten 3.1 bis 3.5 als oberer Grenzwert. Die Resultierende des Erddrucks wird als Erddrucklast bezeichnet.

3.7 Als erhöhter Erddruck wird ein Erddruck bezeichnet, der wegen nicht ausreichender Wandbewegung größer ist als der aktive Erddruck, aber kleiner als der Ruhedruck.

3.8 Der Erdruhedruck im Sinne dieser Norm ist der im ungestörten gewachsenen Boden auf eine gedachte senkrechte Ebene wirkende Erddruck infolge von Bodeneigenlast und Auflasten. Die Resultierende des Erdruhedrucks wird als Erdruhedrucklast bezeichnet.

3.9 Mit Verdichtungserddruck wird der Erddruck bezeichnet, der sich hinter einer Wand einstellt, wenn eine Schüttung aus nichtbindigem oder bindigem Boden lagenweise eingebracht und verdichtet wird.

4 Ermittlung der Bodenkenngrößen

4.1 Art, Beschaffenheit, Ausdehnung und Mächtigkeit der Bodenschichten, für die Bodenkenngrößen festgelegt werden sollen, sind durch Schürfe oder Bohrungen und gegebenenfalls durch zusätzliche Sondierungen festzustellen, sofern die örtlichen Erfahrungen keinen ausreichenden Aufschluss geben. DIN 4021 Teil 1, DIN 4022 Teil 1, DIN 4023, DIN 4094 Teil 1 sowie DIN 18 196 sind hierbei zu beachten.

4.2 Im Grundsatz sind die für die Lastannahmen erforderlichen Bodenkenngrößen unmittelbar auf Grund bodenmechanischer Untersuchungen festzulegen und anzugeben. Zur Berücksichtigung der Heterogenität des Untergrunds in Verbindung mit den Ungenauigkeiten bei Probenahme und Versuchsdurchführung sind die in Versuchen ermittelten Werte mit angemessenen Zu- bzw. Abschlägen zu versehen, bevor sie, durch den Vorsatz "cal" als Rechenwerte gekennzeichnet, in die Berechnung eingehen.

4.3 Soweit aus örtlicher Erfahrung ausreichend bekannt ist, dass gleichartige Untergrundverhältnisse vorliegen, dürfen die Bodenkenngrößen von früheren Bodenuntersuchungen übernommen werden.

4.4 Sofern die anstehenden Böden nach ihrer Art und Beschaffenheit in die Bodengruppen der Tabellen eingereiht werden können, darf unter Beachtung der Abschnitte 5 und 6 mit den in den Tabellen 1 und 2 genannten Bodenkenngrößen gerechnet werden.

4.5 Die nach Abschnitt 4.2 oder Abschnitt 4.3 auf Grund von Bodenuntersuchungen festgelegten Bodenkenngrößen dürfen auch dann einer Berechnung zugrunde gelegt werden, wenn sie günstiger sind als die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Bodenkenngrößen. Einschränkungen hierzu siehe Abschnitt 7.

4.6 Die an Schüttungen von feuchten nichtbindigen Böden oder an Schüttungen von bindigen Böden festgestellten Böschungswinkel dürfen nicht als innerer Reibungswinkel in die Berechnung eingeführt werden.

5 Bodenkenngrößen für nichtbindige Böden (Rechenwerte)

5.1 Die in Tabelle 1 angegebenen Rechenwerte für Bodenkenngrößen gelten sowohl für gewachsene als auch für geschüttete Böden. Die maßgebliche Lagerungsdichte darf in beiden Fällen durch eine künstliche Verdichtung hergestellt sein. Bei Böden mit porösem Korn, z.B. Bimskies und Tuffsand dürfen die Tabellenwerte nicht angewendet werden.

5.2 Liegen keine Erfahrungen oder Untersuchungen über die Lagerungsdichte vor, so ist bei der Ermittlung des Erddrucks sowie beim Nachweis der Auftriebssicherheit eine lockere Lagerung anzunehmen, bei der Ermittlung von Auflasten eine mitteldichte Lagerung. Im übrigen darf mitteldichte Lagerung nur angenommen werden, wenn dies auf Grund bekannter Verhältnisse gerechtfertigt ist. Eine höhere als die mitteldichte Lagerung darf bei der Festlegung der Scherfestigkeit nur auf Grund von besonderen Untersuchungen, z.B. Druck- oder Rammsondierungen nach DIN 4094 Teil 1, zugrunde gelegt werden.

Tabelle 1. Bodenkenngrößen für nichtbindige Böden (Rechenwerte)

5.3 Die Werte der Tabelle 1, Zeilen 1 bis 9 gelten für runde und abgerundete Kornform. Sofern kantige Körner überwiegen, dürfen die für den Reibungswinkel angegebenen Werte um 2,5° erhöht werden.

5.4 Beim Nachweis der Auftriebssicherheit oder der Sicherheit gegen Abheben sind die in der Tabelle 1 angegebenen Wichten im Falle erdfeuchten Bodens um 2,0 kN/m³ (0,20 Mp/m³), im Falle wassergesättigten oder unter Auftrieb stehenden Bodens um 1,0 kN/m³ (0,10 Mp/m³) zu vermindern.

6 Bodenkenngrößen für bindige Böden und organische Böden (Rechenwerte)

6.1 Die in Tabelle 2 angegebenen Rechenwerte für Bodenkenngrößen gelten für gewachsene, konsolidierte bindige Böden. Die Verwendung der angegebenen Wichten und der angegebenen Reibungswinkel ist bei geschütteten bindigen Böden zulässig, wenn sie soweit verdichtet werden, dass ihre Lagerungsdichte wenigstens 95 % der einfachen Proctordichte beträgt. Die angegebenen Tabellenwerte für die Kohäsion sind bei geschüttetem bindigem Boden durch cal c = 0 und cal c_u = 0 zu ersetzen.

6.2 Maßgebend für die Einteilung der Böden in der Tabelle 2 sind plastisches Verhalten und Zustandsform (Konsistenz). Die Einstufung im Hinblick auf den Grad der Plastizität richtet, sich entweder nach den Laborversuchen nach DIN 18 122 Teil 1 Vornorm oder nach den Feldversuchen nach DIN 18196. Die Einstufung im Hinblick auf die Zustandsform richtet sich entweder nach den Laborversuchen nach DIN 18 121 Teil 1 oder nach den Feldversuchen nach DIN 4022 Teil 1. Liegen keine Erfahrungen oder Untersuchungen über den Grad der Plastizität oder die Zustandsform vor, so ist der weiteren Untersuchung die jeweils ungünstigste Annahme zugrunde zu legen.

6.3 Bei bindigen Böden mit besonders flacher Kornverteilungslinien, z.B. Geschiebemergel und Lehm, deren Korngrößen vom Ton bis zu Sand oder Kies reichen (gemischtkörnige Böden der Bodengruppen SU̿, ST, ST̿, GU̿, GT und GT̿ nach DIN 18 196, Ausgabe Juni 1970), sind die in den Zeilen 1 bis 9 der Tabelle 2 angegebenen Wichten um 1,0 kN/m³ (0,10 Mp/m³) zu erhöhen. Für die Größen cal Φ ', cal c' und cal c_u gelten die Werte der Tabelle 2.

6.4 Beim Nachweis der Auftriebssicherheit oder der Sicherheit gegen Abheben sind die in der Tabelle 2 angegebenen Wichten im Falle eines oberhalb des Grundwasserspiegels liegenden Bodens um 2,0 kN/m³ (0,20 Mp/m³), im Falle eines unter Wasser liegenden Bodens um 1,0 kN/m³ (0,10 Mp/m³) zu vermindern.

Tabelle 2. Bodenkenngrößen für bindige Böden und organische Böden (Rechenwerte)

6.5 Als Scherfestigkeit im unkonsolidierten Zustand sind in der Tabelle 2 nur Rechenwerte für die Kohäsion c_u angegeben. Der zugehörige Winkel der inneren Reibung ist mit Φ_u = 0 anzunehmen.

7 Einschränkungen bei der Anwendung der Rechenwerte

7.1 Die Kohäsion darf nur dann berücksichtigt werden, wenn der Boden beim Durchkneten nicht breiig wird und wenn gewährleistet ist, dass er seine Zustandsform, z.B. beim Auftauen nach einer Frostperiode, gegenüber dem ursprünglichen Zustand nicht ändern kann. Bei aufgefülltem Boden darf die Kohäsion nur auf Grund besonderer Untersuchungen angesetzt werden.

7.2 Treten nichtbindige und bindige Bodenarten oder verschiedene bindige Bodenarten in geschichteter Form auf, so sind die Werte der ungünstigeren Bodenarten zugrunde zu legen, sofern keine genauere Untersuchung angestellt wird.

7.3 Bei der Übertragung der im Versuch an Proben ermittelten Scherfestigkeit oder der Tabellenwerte auf das Verhalten der gesamten Bodenmasse ist zu berücksichtigen, dass die Scherfestigkeit bindiger und felsartiger Böden durch Haarrisse oder Klüfte sowie durch Einlagerungen schwach bindiger oder nichtbindiger Böden stark herabgesetzt sein kann. Außerdem können durch Verwerfungen und geneigte Schichtfugen bestimmte Gleitflächen vorgegeben sein. Als besonders leicht zu Rutschungen neigend gelten z.B. Opalinuston, Knollenmergel und Tarras.

7.4 Bei bindigen Bodenschichten ist zu prüfen, ob ein Porenwasserüberdruck auftreten kann. Porenwasserüberdruck kann bei Änderungen des Spannungszustandes entstehen, z.B. bei Belastung des Bodens durch Aufbringen einer zusätzlichen Auflast oder durch die Erhöhung der Eigenlast des Bodens als Folge einer Absenkung des Grundwassers. Er nimmt mit zunehmender Konsolidierung des Bodens wieder ab. Sofern keine genaueren Untersuchungen angestellt werden, ist die Berechnung sowohl mit der Anfangsfestigkeit im unkonsolidierten Zustand (Φ_u, c_u) als auch mit der Endfestigkeit im konsolidierten Zustand (Φ ', c') durchzufÌhren.

7.5 Bei lotrechter oder zur Lotrechten geneigter Durchströmung nichtbindiger oder bindiger Böden kann die wirksame Wichte vergrößert oder verringert werden. Ebenso wie in diesem Fall sind besondere Untersuchungen auch dann anzustellen, wenn bei wassergesättigtem Schluff- oder Feinsandboden durch Baugrubenaushub oder andere Maßnahmen ein örtlicher Druckhöhenunterschied entsteht und der Boden dadurch Fließeigenschaften annimmt.

8 Wandreibungswinkel

8.1 Der Wandreibungswinkel δ zwischen Hinterfüllung oder Schüttgütern und Stützwand ist von der Rauhigkeit der Wand, von der Neigung des Geländes hinter der Stützwand, von Art und Lagerung bzw. Konsistenz des Hinterfüllungsbodens sowie von der Bewegungsmöglichkeit zwischen Wand und Hinterfüllung abhängig.

8.2 Zur Ermittlung des aktiven Erddrucks kann der Wandreibungswinkel bei rauher Wandoberfläche mit zwei Dritteln, bei weniger rauher Wandoberfläche mit einem Drittel des inneren Reibungswinkels angesetzt werden, sofern die Ableitung der Vertikalkomponente des Erddrucks in den Untergrund sichergestellt ist. Im allgemeinen können die unbehandelten Oberflächen von Stahl, Beton und Holz als rauh angesehen werden.

8.3 Bei stark schmieriger Hinterfüllung oder bei plastischer Dichtungsschicht an der Wandhinterseite ist der Wandreibungswinkel mit Null anzunehmen. Als plastisch wird hier eine Dichtungsschicht bezeichnet, die keine Schubkräfte übertragen kann.

8.4 Bei der Ermittlung des Erddrucks im Falle eines unkonsolidierten bindigen Bodens darf an Stelle einer Wandreibung eine Adhäsion c_a = 1/2 * c_u angesetzt werden.

9 Hinweise zur Wahl des Erddruckansatzes

9.1 Der aktive Erddruck, der mit den auf Grund von Bodenuntersuchungen ermittelten bzw. den Tabellen 1 und 2 entnommenen Werten für die Scherfestigkeit errechnet wird, ist nur dann für die Bemessung des Bauwerks ausreichend, wenn die zum Auslösen des Grenzzustandes erforderliche Bewegung der Wand sichergestellt ist. Diese Bewegung kann aus einer Drehung, einer Parallelverschiebung oder einer Durchbiegung der Wand bestehen bzw. sich aus einer Überlagerung dieser Einflüsse zusammensetzen.

9.2 Reichen die zu erwartenden Bewegungen der Wand voraussichtlich nicht aus, um den Grenzzustand des aktiven Erddrucks auszulösen, oder werden die dazu erforderlichen Bewegungen durch entsprechende Maßnahmen verhindert, bei Baugrubenwänden z.B. durch ein Vorspannen der Steifen, so ist der Bemessung der Wand ein erhöhter Erddruck zugrunde zu legen. Hierzu siehe die Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben".

9.3 Der Erdruhedruck ist anzusetzen bei sehr biegesteifen Bauteilen, die ohne nennenswerte Änderung des Erdspannungszustands in den anstehenden Boden eingebracht worden sind und deren Verbindung mit benachbarten oder stützenden Bauteilen oder mit dem Untergrund so starr ist, dass eine Bewegung in Erddruckrichtung nicht auftreten kann. Wird im Falle der lotrechten Wand und des waagerechten Geländes der Erdruhedruck näherungsweise mit Hilfe der Formel K_o = 1 - sinΦ ' ermittelt, bleibt die Koh´sion des Bodens außer Ansatz.

9.4 Der Erdruhedruck ist näherungsweise auch anzusetzen, wenn starre und unverschiebliche Bauteile unter guter Verdichtung des Bodens hinterfüllt werden und die Verspannung des Bodens nicht durch folgende Bauvorgänge oder Schwindvorgänge im Bauwerk bzw. im Boden wieder abgebaut wird. Bei sehr starker Verdichtung des hintergefüllten Bodens kann es erforderlich sein, in Abhängigkeit von der Tiefe der Verdichtungswirkung einen Verdichtungserddruck anzusetzen, der größer ist als der Erdruhedruck.

9.5 Der Ansatz des Erddrucks entsprechend den Abschnitten 9.1 bis 9.4 kann sich als nicht ausreichend erweisen,

1. wenn beim Durchtritt von Kälte durch eine Bauwerkswand dahinter anstehender frostempfindlicher bindiger Boden gefrieren kann und seine Ausdehnung durch das Bauwerk behindert wird,
2. wenn sich ein rahmenartiges Bauwerk erwärmen kann und seine Ausdehnung durch den anstehenden Boden behindert wird,
3. wenn ein an einem Hang anstehender Boden einer Kriechbewegung unterworfen ist,
4. wenn ein bindiger Boden mit Quelleneigenschaften, z.B. ein anhydrithaltiger Boden, durch das Bauwerk an seiner Ausdehnung behindert wird.

In diesen Fällen sind zusätzliche Untersuchungen anzustellen.

9.6 Sofern bei der Bemessung von Bauwerksteilen der Erddruck einen günstigen Einfluß ausübt, ist nicht der größtmögliche Erddruck nach den Abschnitten 9.1 bis 9.5, sondern der kleinste in Betracht kommende Erddruck maßgebend. Der mit den auf Grund von Bodenuntersuchungen ermittelten bzw. den Tabellen 1 oder 2 entnommenen Bodenkenngrößen errechnete aktive Erddruck, erhöhte Erddruck, Erdruhedruck oder Verdichtungserddruck ist dementsprechend herabzusetzen.

9.7 Bei schmalen, dem Erddruck ausgesetzten Baukörpern, die in Böschungen stehen, ist für die Ermittlung der Erddrucklast, soweit nicht ein genauerer Nachweis geführt wird, mit folgenden Bauwerksbreiten zu rechnen:

1. bei Baukörpern mit einer Breite bis zu 1,00 m mit der dreifachen Breite des Baukörpers,
2. bei Baukörpern mit einer Breite von 1,00 bis 3,00 m mit der Breite 3,00 m,
3. bei Baukörpern mit einer Breite von mehr als 3,00 m mit der tatsächlichen Breite des Baukörpers.

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Empfehlungen des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen" der Hafenbautechnischen Gesellschaft e.V. und der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. ¹)

Empfehlungen des Arbeitskreises "Tunnelbau" der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. ²)

Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V. ²)

Zusätzliche Technische Vorschriften für Erdarbeiten im Straßenbau (ZTVE -- StB 75), herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr

Merkblatt für das Zufüllen von Leitungsgräben, Ausgabe 1970, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen e.V., Köln

Merkblatt für die Bodenverdichtung im Straßenbau, Ausgabe 1972, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für das Straßenwesen e.V., Köln

¹) Zu beziehen durch den Verlag von W. Ernst & Sohn, Berlin/München/Düsseldorf

²) Erhältlich bei der Deutschen Gesellschaft für Erd- und Grundbau e.V., 43 Essen, Kronprinzenstraße 35a

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Zu 1 Geltungsbereich

Zu 1.1

DIN 1055 Teil 2 unterscheidet nicht zwischen Dauerbauten und Bauten für vorübergehende Zwecke. Sie gilt daher nicht nur für Bauwerke, sondern auch für Baugruben und Leitungsgräben. Auch unter Tage hergestellte Tunnelund Stollenbauten sowie Rohrleitungen sind im Geltungsbereich nicht ausdrücklich ausgenommen. Allerdings reichen die Angaben der Norm nicht aus, um bei unterirdisch hergestellten Bauwerken und bei Rohrleitungen die Standsicherheit in bodenmechanischer Hinsicht beurteilen zu können. Im übrigen gilt die Norm nicht für Sohlreibung, Grundbruch, Geländebruch, Böschungsbruch und Erdwiderstand, es sei denn, es wird in den dafür maßgebenden Normen auf sie Bezug genommen.

Zu 1.2

Ein schwieriger Fall, in dem die Norm die Mitwirkung eines in Grundbau und Bodenmechanik erfahrenen Sachverständigen empfiehlt, kann z.B. vorliegen,

1. wenn Zweifel an der richtigen Einstufung der angetroffenen Bodenart bestehen,
2. wenn unklar ist, ob Bodenverhältnisse vorliegen, welche die Übernahme von Bodenkenngrößen aus früheren Bodenuntersuchungen rechtfertigen,
3. wenn Böden anstehen, die zum Rutschen oder Quellen neigen oder einer Kriechbewegung unterworfen sind,
4. wenn felsartige Böden anstehen, die möglicherweise beim oder nach dem Freilegen ihre Eigenschaften verändern,
5. wenn unkonsolidierte Zustände im Boden zu erwarten sind,
6. wenn Standsicherheit oder Bemessung eines Bauwerks durch Strömungskräfte beeinflusst werden,
7. wenn der Zusammenhang zwischen der Bewegung oder der Verformung des Bauwerks und dem Wert oder der Verteilung des Erddrucks eine erhebliche Rolle spielt,
8. wenn Temperatureinflüsse eine ausschlaggebende Rolle spielen können,
9. wenn abweichend vom üblichen Ansatz Konsistenz und Kohäsion eines bindigen Bodens bei der Ermittlung des Erdruhedrucks berücksichtigt werden sollen.

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