umwelt-online: DIN 1055-2 Lastannahmen für Bauten; Bodenkenngrößen (2)

Zu 3 Begriffe

Zu 3.6 bis 3.8

Auf eine gedachte lotrechte oder annähernd lotrechte Ebene wirkt im ungestörten Erdreich entsprechend der Eigenlast und den elastischen Eigenschaften des Bodens ein Ruhedruck, der auf Grund theoretischer Überlegungen im allgemeinen geradlinig mit der Tiefe zunehmend angenommen wird. Kann diese Ebene, z.B. durch einseitiges Abgraben, seitlich ausweichen, so findet ein Übergang vom elastischen in den plastischen Zustand statt, in dem die Scherfestigkeit des Bodens eine ausschlaggebende Rolle spielt. Mit zunehmender Bewegung nimmt der Erddruck von der ursprünglichen Ruhedrucklast E_o ab auf den Grenzwert des aktiven Erddruckes mit der Erddrucklast E_a. Von den unendlich vielen ebenen Gleitflächen, die im plastischen Zustand denkbar sind, wird nach der Theorie von Coulomb diejenige als maßgebend angesehen, welche die größte rechnerische Gesamterddrucklast E_a liefert.

Zwischen den beiden Grenzfällen "Ruhedruck" und "Aktiver Erddruck" sind entsprechend der tatsächlich auftretenden Wandbewegung Zwischenwerte möglich. Ist die Bewegung der Wand auf Grund ihrer Bauart und Herstellungsweise zu gering oder wird die Bewegung durch entsprechende Maßnahmen absichtlich behindert, dann tritt ein Erddruck auf, der größer ist als der aktive Erddruck, aber kleiner als der Ruhedruck. Man kann diese Erscheinung ähnlich wie den Erdruhedruck auf eine teilweise Mobilisierung des Scherwiderstands in der maßgebenden Gleitfläche zurückführen. In der Praxis hat es sich eingebürgert, in diesem Fall entweder einen Erddruckwert zwischen dem aktiven Erddruck und dem Ruhedruck zu wählen oder den errechneten aktiven Erddruck mit einem entsprechend gewählten Faktor zu multiplizieren. Von der zweiten Möglichkeit stammt die Bezeichnung "Erhöhter aktiver Erddruck" bzw. "Erhöhter Erddruck" her. Die Verteilung des erhöhten Erddrucks über die Wandhöhe richtet sich in ähnlicher Weise wie die Verteilung des aktiven Erddrucks nach den Verformungs- und Bewegungsmöglichkeiten der Wand. Hierzu siehe auch die Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" [2].

Zu 4 Ermittlung der Bodenkenngrößen

Zu 4.2

DA die Forderung, die für die Lastannahmen benötigten Bodenkenngrößen durch bodenmechanische Untersuchungen festzulegen, nur "im Grundsatz" erhoben wird, wird man es im Einzelfalle auch von den Abmessungen des Bauwerks und der Empfindlichkeit seiner Konstruktion abhängig machen, ob die Bodenkenngrößen - sofern sie nicht ohnehin nach Abschnitt 4.3 von früheren Bodenuntersuchungen übernommen werden können - durch bodenmechanische Untersuchungen ermittelt oder aus den Tabellen der Norm entnommen werden. So fordert DIN 4124, Ausgabe Januar 1972, im Falle von Baugruben und Gräben bodenmechanische Untersuchungen erst ab 5 m Baugrubentiefe.

Werden die für die Lastannahmen erforderlichen Bodenkenngrößen auf Grund von bodenmechanischen Untersuchungen festgelegt, so sind die in den Versuchen ermittelten Werte mit angemessenen Zu- bzw. Abschlägen zu versehen. Die Zu- bzw. Abschläge richten sich im wesentlichen danach,

1. wie die zu untersuchenden Proben ausgewählt worden sind,
2. ob die verwendeten Versuchsgeräte erfahrungsgemäß auf der sicheren oder auf der unsicheren Seite liegende Ergebnisse liefern,
3. welche Streuurigen die Versuchsergebnisse aufweisen,
4. wie die Inhomogenitäten des Bodens zu beurteilen sind,
5. wofür die Bodenkenngrößen gebraucht werden, bzw.
   welche Berechnungsverfahren angewendet werden.

Bei der Wahl der Zu- bzw. Abschläge kann die Empfehlung E 96 (Sicherheitsbeiwerte bei Anwendung der EAU) des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen" [1] als Grundlage für eine auf der sicheren Seite liegende Festlegung angesehen werden.

Zu 4.4

Die in den Tabellen aufgeführten und gegebenenfalls entsprechend den Angaben in den Abschnitten 5 und 6 erhöhten oder verminderten Bodenkenngrößen sind Rechenwerte im Sinne von Abschnitt 4.2. So liegen die angegebenen Reibungswinkel stets an der unteren Grenze der Wahrscheinlichkeit, die damit errechneten Erddrucklasten dagegen an der oberen Grenze. Die angegebenen Wichten liegen an der oberen Grenze der Wahrscheinlichkeit, wenn eine höhere Lastannahme die tatsächliche Sicherheit erhöht, z.B. beim Nachweis der Standsicherheit von Stützbauwerken, und an der unteren Grenze, wenn eine niedrige Lastannahme zu einer größeren Sicherheit führt, z.B. beim Nachweis der Auftriebssicherheit. Im übrigen soll die Angabe der inneren Reibungswinkel auf 0,5° keine besondere Genauigkeit vortäuschen, sondern nur die Benutzung der bestehenden Tabellenwerke erleichtern.

Im Abschnitt 5.2 sind Hinweise gegeben, wie zu verfahren ist, wenn die Tabellenwerte für nichtbindige Böden verwendet werden sollen, obwohl keine Erfahrungen oder Untersuchungen über die Lagerungsdichte vorliegen. Eine entsprechende Angabe ist im Abschnitt 6.2 für den Fall enthalten, daß bei bindigen Böden weder der Grad der Plastizität noch die Zustandsform bekannt sind. Diese Angaben stehen - da sie auf der sicheren Seite liegen - nicht im Widerspruch zu der Forderung im Abschnitt 4.4, wonach die anstehenden Böden nach ihrer Art und Beschaffenheit soweit bekannt sein müssen, daß sie in die Bodengruppen der Tabellen eingereiht werden können. Als Mindestforderung bleibt bestehen, daß eine Unterscheidung nach folgenden Gesichtspunkten möglich sein muß:

1. Ist der Boden bindig oder nichtbindig?
2. Ist die betreffende Bodenart in den Tabellen erwähnt?
3. handelt es sich bei einem nichtbindigen Boden um Sand, Kies oder ein gemischtkörniges Material, weist er eine steile oder flache Körnungslinie auf?
4. Handelt es sich bei einem bindigen Boden um organisches oder anorganisches Material bzw. liegt Torf vor?

Diese Unterscheidungen lassen sich mit Hilfe einfacher Feldversuche nach DIN 18 196, Ausgabe Juni 1970, Abschnitt 6.2 treffen. Im übrigen gehen die in den Tabellen angegebenen Bodenkenngrößen von den üblicherweise anzutreffenden Bodenverhältnissen aus. Sie können im Einzelfalle, z.B. bei örtlich typischen Böden, von den tatsächlichen Bodenkenngrößen abweichen.

Zu 4.5

Im allgemeinen werden bei ausreichender Anzahl von Bodenproben bodenmechanische Untersuchungen günstigere Bodenwerte ergeben als sie in den Tabellen angegeben sind. Aus diesem Grunde wird man in der Regel nur bei kleinen oder untergeordneten Bauwerken und bei Bauteilen, die in erster Linie nach konstruktiven Gesichtspunkten bemessen werden, auf eingehende Untersuchungen verzichten.

Zu 4.6

Beim Aushub oder bei Bohrarbeiten anfallender bindiger Boden lässt sich bei weicher bis fester Konsistenz verhältnismäßig steil aufschütten. Das gleiche gilt für feuchten nichtbindigen Boden. Als Maßstab für die Scherfestigkeit des Bodens ist dieser Böschungswinkel ungeeignet. Lediglich bei völlig trockenen nichtbindigen Böden und bei nichtbindigen Böden, die mit entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen unter Wasser geschüttet werden, entspricht der Böschungswinkel etwa dem Reibungswinkel.

Zu 5 Bodenkenngrößen für nichtbindige Böden (Rechenwerte)

Zu 5.2

Nach dem Wortlaut der Norm darf - abgesehen von der Ermittlung einer auf der sicheren Seite liegenden Auflast - mitteldichte Lagerung nur angenommen werden, wenn dies auf Grund bekannter Verhältnisse gerechtfertigt ist. Dabei kommen im wesentlichen zwei Fälle in Frage:

1. Bei gewachsenem Boden kann gegebenenfalls auf Erfahrungen in der Nachbarschaft oder auf die geologische Einordnung Bezug genommen werden.
2. Bei aufzufüllendem Boden kann unterstellt werden, dass einschlägige Verdichtungsvorschriften, z.B.im Rohrleitungsgrabenbau die DIN 4033, im Erdbau die DIN 18 300 und die "Zusätzlichen Technischen Vorschriften und Richtlinien für Erdarbeiten im Straßenbau" beachtet werden.

Soll bei einem aufzufüllenden Boden eine höhere als die mitteldichte Lagerung zugrunde gelegt werden, so wird der Forderung der Norm nach besonderen Untersuchungen auch durch den Nachweis der erzielten Proctordichte Genüge getan.

Zu 5.3

Kantige Verwitterungsprodukte von mürben Gesteinen, z.B. von Tonschiefer, Sandstein, Kalkstein u. ä., können nur dann in die Gruppe der kantigen Kornform eingeordnet werden, wenn sie eine genügende Festigkeit aufweisen, das heißt, unter der zu erwartenden Belastung nicht brechen.

Zu 5.4

Im Hinblick auf die Belastung eines Bauwerks liegen die in der Tabelle 1 angegebenen Wichten an der oberen Grenze der Wahrscheinlichkeit. Soll die Auftriebssicherheit eines Bauwerks nachgewiesen werden, so müssen jedoch Werte zugrunde gelegt werden, die an der unteren Grenze der Wahrscheinlichkeit liegen.

Zu 6 Bodenkenngrößen für bindige Böden und organische Böden (Rechenwerte)

Zu 6.1

Die in der Tabelle 2 angegebenen Scherfestigkeiten liegen an der unteren Grenze der Wahrscheinlichkeit, die Wichten an der oberen Grenze.

Die in der Tabelle 2 angegebene Kohäsion darf nur bei gewachsenen bindigen Böden angesetzt werden. Zwar ist damit zu rechnen, daß sich beim Verdichten eines künstlich aufgeschütteten bindigen Bodens die beim Lösen des Bodens zerstörte Kohäsion zum Teil wieder einstellt, doch hängt dies in starkem Maße von der Kornverteilung, dem Wassergehalt, dem Kalkgehalt und anderen Faktoren ab. In der Norm kann daher über die beim Verdichten wiedergewonnene Kohäsion keine Aussage gemacht werden. Sie ist gegebenenfalls durch Labor- oder Feldversuche zu ermitteln. Vor allem bei größeren Bauvorhaben dürfte dies auch aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig sein.

Zu 6.2

Die Bestimmung von Plastizitätsgrad und Zustandsform wird ausdrücklich nicht nur auf Laborversuche beschränkt. Es ist vielmehr zulässig, diese Bodenerkennungsmerkmale in Feldversuchen, in der Regel also durch den Bohrmeister, feststellen zu lassen. Nach DIN 18 196, Ausgabe Juni 1970, kommen dafür folgende Versuche in Frage:

1. der Trockenfestigkeitsversuch,
2. der Schüttelversuch,
3. der Knetversuch.

An sich würde zur Bestimmung des Plastizitätsgrads bereits der Knetversuch ausreichen. Das Gesamtbild läßt sich jedoch abrunden, wenn das Ergebnis des Trockenfestigkeitsversuchs und des Schüttelversuchs zum Vergleich hinzugezogen werden. Danach gilt folgendes:

1. Bodenarten mit ausgeprägt plastischem Verhalten weisen eine sehr hohe Trockenfestigkeit und keine Reaktion beim Schüttelversuch auf,
2. Bodenarten mittlerer Plastizität weisen in der Regel eine mittlere bis hohe Trockenfestigkeit und keine oder eine langsame Reaktion beim Schüttelversuch auf,
3. Bodenarten leichter Plastizität weisen in der Regel eine niedrige bis mittlere Trockenfestigkeit auf. Das Ergebnis des Schüttelversuchs kann von fehlender Reaktion bis zu schneller Reaktion reichen.

Ähnlich einfach wie der Grad der Plastizität läßt sich auch die Zustandsform eines bindigen Bodens ermitteln. DIN 4022 Teil 1, Ausgabe November 1969 gibt dazu folgendes an:

1. weich ist ein Boden, der sich leicht kneten läßt,
2. steif ist ein Boden, der sich schwer kneten, aber in der Hand zu 3 mm dicken Röllchen ausrollen läßt, ohne zu reißen oder zu zerbröckeln,
3. halbfest ist ein Boden, der beim Versuch, ihn zu 3 mm dicken Röllchen auszurollen, zwar bröckelt und reißt, aber doch noch feucht genug ist, um ihn erneut zu einem Klumpen formen zu können.

Ist es versäumt worden, die Feldversuche vorzunehmen bzw. entsprechende Bodenproben für die nachträgliche Untersuchung bereitzustellen, und liegen auch keine ausreichenden Erfahrungen über die anstehenden Böden vor, so ist der weiteren Untersuchung jeweils die ungünstigste Annahme zugrunde zu legen:

1. Ist der Grad der Plastizität eines anorganischen Bodens nicht bekannt, so sind die Bodenkenngrößen der Zeilen 1 bis 3 von Tabelle 2 zugrunde zu legen, wenn die Auftriebssicherheit nachgewiesen werden oder Erddruckkräfte im konsolidierten Zustand des Bodens ermittelt werden sollen. Dagegen sind die Bodenkenngrößen der Zeilen 7 bis 9 von Tabelle 2 maßgebend, wenn Erddruckkräfte im nicht konsolidierten Zustand des Bodens oder wenn Auflasten ermittelt werden sollen.
2. Ist die Zustandsform nicht bekannt, so ist eine weiche Konsistenz im Falle des Erddrucks und des Auftriebs anzunehmen, eine halbfeste Konsistenz im Falle der Auflasten.

Zu 6.3

Weitgestufte Böden mit verhältnismäßig geringem Tonanteil weisen einen besonders geringen Hohlraumgehalt auf, weil die jeweils kleineren Körner die Lücken zwischen den jeweils größeren Körnern besonders gut auszufüllen vermögen.

Zu 6.4

Die angegebene Herabsetzung ist erforderlich, weil der Wassergehalt eines wassergesättigten oder unter Auftrieb stehenden Bodens im Einzelfalle größer und damit die Wichte des Bodens kleiner sein kann als es bei der Festlegung der Tabellenwerte zugrunde gelegt worden ist. Bei nicht wassergesättigten Böden verringert sich die Wichte darüber hinaus, weil ein Teil der Hohlräume mit Luft gefüllt ist.

Zu 7 Einschränkungen bei der Anwendung der Rechenwerte

Die im Abschnitt 7 angegebenen Einschränkungen und Hinweise gelten nicht nur für die Anwendung der Tabellenwerte, sondern auch für die Anwendung von Bodenkenngrößen, die durch bodenmechanische Untersuchungen festgestellt worden sind.

Zu 7.1

Bei der Änderung der Zustandform ist in erster Linie daran gedacht, dass ein Boden durch äußere Einflüsse vom halbfesten in einen steifen Zustand, vom steifen in einen weichen Zustand oder vom weichen in einen breiigen Zustand übergeht. Gegen die umgekehrte Entwicklung ist an sich nichts einzuwenden, da sie in der Regel mit einer Verbesserung der Scherfestigkeit verbunden ist. Nur der Übergang vom halbfesten in den festen oder harten Zustand kann nachteilige Folgen haben: es besteht hierbei die Gefahr, dass sich an der Geländeoberfläche Schrumpfrisse bilden, die sich bei Niederschlägen mit Wasser füllen, wodurch einerseits ein hydrostatischer Druck aufgebaut und andererseits der Boden aufgeweicht werden kann.

Zu 7.2

Bei sehr unregelmäßigem Verlauf der Schichten und bei Vorliegen verhältnismäßig dünner Bodenschichten wird es von der Bedeutung des Objektes abhängen, ob die Bodenkenngrößen der ungünstigsten Bodenart gewählt oder ob genauere Untersuchungen angestellt werden. Eine genauere Untersuchung kann z.B. von mehreren denkbaren Bodenprofilen ausgehen, welche die mögliche Dicke und Lage der einzelnen Bodenschichten berücksichtigen. Maßgebend ist dann für die Annahme der Belastung der ungünstigste Fall, sofern sich die unterschiedlichen Schichtungen nicht örtlich genau eingrenzen lassen.

Zu 7.3

Bezüglich der Frage, in welchen Fällen die Scherfestigkeit der Bodenmasse als Ganzes herabgesetzt sein kann, lassen sich keine allgemeinen Regeln angeben. Entscheidend ist stets die geologische Vorgeschichte. Meistens aber liegen örtliche Erfahrungen vor. Gegebenenfalls ist ein Sachverständiger einzuschalten.

Zu 8 Wandreibungswinkel

Zu 8.1

Insbesondere die Bewegungsmöglichkeit zwischen Wand und Erdboden hat einen großen Einfluss auf Wert und Richtung des Wandreibungswinkels. Mit der Vorzeichendefinition nach Bild 1 lassen sich im Grundsatz drei Fälle unterscheiden:

1. Ist die Wand in der Lage, die auftretende Vertikalkomponente des Erddrucks ohne nennenswerte Setzung in den Untergrund abzuleiten, dann ist eine wesentliche Voraussetzung für das Auftreten eines positiven Wandreibungswinkels gegeben.
2. Ist die Wand nicht in der Lage, Vertikalkräfte in den Untergrund abzugeben, z.B. weil sie zu wenig tief oder in nicht tragfähigen Untergrund einbindet, dann kann keine Wandreibung auftreten.
3. Wird die Wand durch lotrechte Lastkomponenten in so großem Maße belastet, dass die auftretenden Kräfte gar nicht oder nur teilweise im Fußbereich in den Untergrund abgetragen werden können, dann hängt sich die Wand am Erdboden auf und es entsteht negative Wandreibung.

Zu 8.2 und 8.3

Die Angabe des Wandreibungswinkels mit max. δ_a = 2/3 Φ ' orientiert sich an der Gepflogenheit, den aktiven Erddruck mit Hilfe ebener Gleitfl´chen zu ermitteln. Werden ausnahmsweise gekrümmte Gleitflächen zugrunde gelegt, dann ist es durchaus vertretbar, unter Bezugnahme auf Abschnitt 1.2 auch einen höheren Wandreibungswinkel

Bild 1. Vorzeichendefinition für den Wandreibungswinkel

anzusetzen, sofern sein Wert durch Versuche oder auf andere Weise belegt werden kann. Der Ansatz δ_a = 0 wird sich in der Regel auf die Fälle beschränken, wo Dichtungsbahnen aus Pappe, Kunststoff oder Metall auf die Wand aufgeklebt worden sind. Ein dünner Anstrich zum Schutz des Betons gegen aggressive Bestandteile des Bodens oder des Grundwassers ist im allgemeinen nicht als plastische Schicht anzusehen.

Zu 8.4

Der Ansatz der Adhäsion ist nicht auf rauhe Wände oder auf grobkörnige bindige Böden beschränkt. Gerade bei glatten Flächen saugen sich weiche bindige Böden besonders gut fest.

Zu 9 Hinweise zur Wahl des Erddruckansatzes

Wenn auch Titel und Untertitel der Norm keinen Hinweis auf den Erddruck enthalten, so zeigt doch der Geltungsbereich, dass die Bodenkenngrößen in erster Linie im Zusammenhang mit Fragen des Erddrucks zu sehen sind. Es ist daher unerlässlich, wenigstens in den Grundzügen auf Erddruckprobleme einzugehen, zumal eine eigene Erddrucknorm zur Zeit nicht besteht. Die Norm beschränkt sich jedoch auf grundsätzliche Hinweise zur Ermittlung der anzusetzenden Erddruckkraft, ohne auf Einzelheiten einzugehen. In Wirklichkeit ist die Angelegenheit außerordentlich komplex. So hängen Wert und Verteilung der Erddrucklast, mit der eine dem Erddruck ausgesetzte Bauwerkswand belastet wird, unter anderem von folgenden Faktoren ab:

1. von der Art der Baugrubenverkleidung (z.B. starre Wand, elastische Wand, Böschung),
2. vom Zeitpunkt, zu dem die Baugrubenverkleidung entfernt wird (z.B. während des Verfüllens, nach dem Verfüllen, gar nicht),
3. von der Breite des Arbeitsraumes (z.B. abgeböschte Baugrube, schmaler Schlitz, gar kein Arbeitsraum),
4. von den Eigenschaften des Verfüllungsmaterials (z.B. nichtbindig, bindig, Grad der Plastizität, Zustandsform),
5. von der Verdichtung des eingebrachten Bodens (z.B. keine Verdichtung, mittlere Verdichtung, besonders starke Verdichtung),
6. von der Nachgiebigkeit des Bauwerks (z.B. durch Verschiebung, Verkantung, elastische Verformung, Schwinden),
7. von Temperatureinflüssen (z.B. Ausdehnung im Sommer, Zusammenziehung im Winter).

Für den Fall von Baugrubenumschließungen siehe hierzu die Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" [2].

Zu 9.1

Der Ansatz des aktiven Erddrucks ist im allgemeinen gerechtfertigt, wenn ein etwas nachgiebiges Stützbauwerk unmittelbar mit dem gewachsenen Boden in Berührung steht und seine Bewegungsmöglichkeiten nicht durch besondere Maßnahmen eingeschränkt werden. Diese Voraussetzungen liegen in der Regel bei Baugrubenwänden vor, ferner bei Spundwänden, Pfahlwänden und Schlitzwänden, die ohne Berücksichtigung einer Nachbarbebauung als Dauerbauwerke entsprechend Bild 2 A im Boden eingespannt oder entsprechend Bild 2 b nach hinten verankert bzw. entsprechend Bild 2c als konstruktiver Bestandteil in ein Bauwerk einbezogen werden. Auch in den Fällen, in denen das Bauwerk entsprechend Bild 2d unmittelbar an die Baugrubenverkleidung anschließt, kann der Ansatz des aktiven Erddrucks gerechtfertigt sein, sofern auch die Baugrubenwand selbst für den aktiven Erddruck bemessen worden ist. Bei Bauwerken dagegen, die in offener Baugrube mit Arbeitsraum hergestellt werden, sind die Voraussetzungen für das Auftreten des aktiven Erddrucks nicht immer gegeben. Nur wenn der bei der Hinterfüllung entstehende Verdichtungserddruck durch gleichzeitige oder nachfolgende Bauvorgänge, Gleitbewegungen, Kippbewegungen oder Schwindvorgänge im Bauwerk wieder abgebaut wird, ist es gerechtfertigt, der Bemessung des Bauwerks für den Endzustand den aktiven Erddruck zugrunde zu legen. Ein Bauvorgang, der eine Entspannung des verdichteten Bodens bewirkt, kann zum Beispiel das Ziehen von Bohlträgern oder Spundwänden sein. Bei einem Bauwerk, das in einer geböschten Baugrube hergestellt worden ist, können in der Regel nur Bewegungen oder Verformungen des Bauwerks selbst zum Abbau des Verdichtungserddrucks führen. In der Regel ist dieser Abbau zu erwarten:

1. bei Kellerwänden, die nicht wesentlich dicker sind als statisch erforderlich und hinter denen das Verfüllungsmaterial nicht stärker verdichtet wird als bis zu mitteldichter Lagerung, sowie
2. bei Schwergewichtsmauern nach Bild 2e und Winkelstützmauern nach Bild 2f, die auf Lockergestein gegründet sind.

Dies gilt sowohl bei Kellerwänden als auch bei Schwergewichtsmauern und Winkelstützmauern unabhängig davon, ob sie in geböschter oder verkleideter Baugrube hergestellt worden sind. Der Unterschied wirkt sich hier nur insofern aus, als bei der Ermittlung der maßgebenden Erddrucklast bei den geböschten Baugruben nur die Bodenkenngrößen des Verfüllungsmaterials maßgebend sind, bei den verkleideten Baugruben je nach Breite des Arbeitsraumes auch die Bodenkenngrößen des gewachsenen Bodens.

In den Fällen, in denen der Abbau des Verdichtungserddrucks nicht schon während der Hinterfüllungsarbeiten beginnt, sondern erst durch einen späteren Bauvorgang eingeleitet wird, ist es üblich, beim statischen Nachweis für den Bauzustand geringere Sicherheiten zuzulassen.

Bild 2. In der Regel für aktiven Erddruck zu bemessende Bauwerke

a) Im Boden eingespannte Spundwand oder Ortbetonwand	b) Rückverankerte Spundwand oder Ortbetonwand
c) In ein Bauwerk einbezogene Spundwand oder Ortbetonwand	d) Gegen eine Baugrubenwand betoniertes Bauwerk
e) Schwergewichtsmauer	f) Winkelstützmauer

Zu 9.2

Die Gefahr, dass die zu erwartende Wandbewegung nicht ausreicht, um die volle Scherfestigkeit zu mobilisieren und damit den Grenzzustand des aktiven Erddrucks auszulösen, besteht vor allem bei bindigen Böden. Die Empfehlung EB 4 des Arbeitskreises "Baugruben" [2] fordert daher den Ansatz eines Mindesterddrucks mit dem Ersatzbeiwert K_a = 0,15 bzw. K_a = 0,20, sofern sich bei einem steifen bis festen bindigen Boden rechnerisch mit den gegebenen Bodenkenngrößen gar kein oder nur ein sehr kleiner aktiver Erddruck ergibt.

Für den Fall, dass die Bewegung einer Wand durch entsprechende Maßnahmen verringert wird, z.B. bei Baugruben neben Bauwerken, sehen die Empfehlungen des Arbeitskreises "Baugruben" [2] den Ansatz eines erhöhten Erddrucks vor (siehe Bild 3). Dies gilt auch dann, wenn von der Konstruktion und den Gründungsverhältnissen her zwar ein Abbau auf den aktiven Erddruck möglich wäre, die Bewegungsmöglichkeiten des Bauwerks aber bewusst eingeschränkt werden, bei einer Winkelstützmauer nach Bild 2f z.B. durch die Wahl entsprechender Wanddicken und durch eine Vergrößerung der Fundamentfläche mit dem Ziel, die Kantenpressung herabzusetzen. Solche Maßnahmen können zweckmäßig sein, wenn mit einer Bewegung des Stützbauwerks nachteilige Folgen für die Nachbarschaft verbunden wären.

Bild 3. In der Regel für erhöhten Erddruck zu bemessende Bauwerke

a) Unterfangungswand	b) Spundwand oder Ortbetonwand

Zu 9.3

Obwohl die Erhaltung des Erdspannungszustands des ungestörten Bodens nur in seltenen Fällen möglich ist, hat der Erdruhedruck als rechnerische obere Grenze der vom Boden her auf das Bauwerk wirkenden Belastung eine gewisse Bedeutung erlangt, vor allem für die Festlegung des erhöhten Erddrucks. Als vom anstehenden Erdreich verursachte Erddruckbelastung kommt der volle Ruhedruck jedoch nur in Ausnahmefällen in Frage.

Bei der Ermittlung des Erdruhedrucks auf unnachgiebige Wände in ansteigendem Gelände kann die Kraftrichtung parallel zur Geländeoberfläche angenommen werden, soweit bei rauher oder weniger rauher Oberfläche die im Abschnitt 8.2 genannten Wandreibungswinkel nicht überschritten werden. Im Grenzfall δ = ß = Φ ' erhält man dann aus der klassischen Erddrucktheorie für eine unendliche Ausdehnung der Böschung

K₀ = cos Φ ',

Im Falle 0 < ß < Φ ' kann näherungsweise geradlinig in Abhängigkeit von der Geländeneigung interpoliert werden [3]. Für den Fall, daß auf Grund der Gegebenheiten die Kraftrichtung flacher als die Geländeneigung angenommen werden muß (δ < ß), liegen keine Untersuchungen vor.

Der Einfluß von Gebäudelasten und von Auflasten auf der Geländeoberfläche kann nach der Theorie des elastischen Halbraumes ermittelt werden. Näherungsverfahren, bei denen der Erdruhedruck aus solchen Lasten mit Hilfe des Beiwertes K₀ ermittelt wird, liegen demgegenüber in der Regel auf der sicheren Seite.

Zu 9.4

Wird hinter einer starren und unverschieblichen Wand Boden eingebracht und verdichtet, so entsteht ein Verdichtungserddruck in der Größenordnung des Erdruhedrucks. Als starr und unverschieblich sind z.B. die Wände folgender Bauwerke anzusehen:

1. Dickwandige Tunnelbauwerke, die von beiden Seiten her gleichzeitig verfüllt werden (siehe Bild 4 a);
2. Kastenförmige Widerlagerbauwerke, bei denen die Auflagerwand, die Seitenflügel und die Sohlplatte fest miteinander verbunden sind (siehe Bild 4b) sowie durch Rippen versteifte Winkelstützmauern;
3. Massive Stützmauern, die auf Fels gegründet sind (siehe Bild 4c).

Bei kastenförmigen Widerlagerbauwerken und bei durch Rippen versteiften Winkelstützmauern gilt der Ansatz des Erdruhedrucks jedoch nur für die Bemessung der Einzelteile. Beim Nachweis der Standsicherheit des Gesamtbauwerks ist in der Regel der aktive Erddruck maßgebend.

Bei Bauwerken, die in einer geböschten Baugrube oder in einer Baugrube mit sehr breitem Arbeitsraum hergestellt werden, ist der Erdruhedruck in der Regel in voller Größe bis zur Bauwerkssohle anzusetzen. Nur wenn die Verfüllung in einem schmalen Schlitz erfolgt (siehe Bild 5), ist damit zu rechnen, dass sich eine Silowirkung einstellt, die den Erddruck seiner Größe nach begrenzt. Wie entsprechende Untersuchungen gezeigt haben, wird in der Regel bei Baugrubentiefen bis zu 15 m und Arbeitsraumbreiten von 0,50 bis 1 m ein Verdichtungserddruck von

max e_v = 40 kN/m² (4 Mp/m²)

nicht überschritten [4].

Bild 4. In der Regel für Erdruhedruck zu bemessende Bauwerke

a) Tunnelbauwerk in abgeböschter Baugrube	b) Widerlagerbauwerk	c) Stützmauer auf Fels

Bild 5. Verdichtungserddruck auf ein in einer verkleideten Baugrube hergestelltes Bauwerk

a) Baugrubenwand und Bauwerk mit Arbeitsraumverfüllung	b) Belastung des Bauwerks durch den Verdichtungserddruck

Zu 9.6

Während der Erddruck auf die Bemessung einer Bauwerkswand insofern einen ungünstigen Einfluss ausübt, als sie bei zunehmendem Erddruck dicker gewählt oder stärker bewehrt werden muss, kann die Annahme eines zu großen Erddrucks auf die Bemessung von aussteifenden Bauteilen, z.B. von Bauwerksdecken, einen günstigen Einfluss haben, indem durch die rechnerische Normalkraft die Bewehrung abgemindert wird. Da Erddruckermittlungen in der Regel von vorsichtig gewählten Bodenkenngrößen ausgehen, ist es durchaus möglich, dass diese Normalkräfte überschätzt werden und damit die Bewehrung der Decken zu schwach gewählt wird. Eine genauere Untersuchung muss also in diesem Falle von den größtmöglichen Scherfestigkeiten und den kleinstmöglichen Wichten ausgehen. In der Praxis ist es allerdings vielfach üblich, auf eine genaue Untersuchung zu verzichten und statt dessen den für die Bemessung der Wand maßgebenden Erddruck bei der Bemessung der Decken auf die Hälfte herabzusetzen. Besteht die Gefahr, dass der Erdboden zeitweilig entfernt wird und der Erddruck aus diesem Grunde ganz oder teilweise entfällt, dann ist dies beim Standsicherheitsnachweis zu berücksichtigen. Gegebenenfalls können für einen kurzfristigen Ausnahmezustand die sonst verlangten Sicherheiten angemessen herabgesetzt werden.

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ENDE