Ingenieurgeologie

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Ingenieurgeologie ist eine komplexe, interdisziplinäre Wissenschaft, die das Verhalten von Lockerund Festgesteinen einzeln und im Gebirgsverband entsprechend den genetisch bedingten Materialeigenschaften im Hinblick auf eine ganzheitliche Lösung von Ingenieur— und Umweltproblemen erforscht. Dabei handelt es sich in zunehmendem Maße urn Aufgaben, die heute nicht nur einen Generalisten, sondern einen Integralisten mit Problemlösungskompetenz und weitreichenden naturwissenschaftlichen und technischen Kenntnissen sowie der Bereitschaft zu einer interdisziplinären Kooperation erfordern. Von einem Ingenieurgeologen moderner Prägung werden daher nicht nur fundierte Kenntnisse in den Natur— und Geowissenschaften vorausgesetzt, sondern auch Grundlagen der Boden— und Felsmechanik sowie die Fähigkeit zu zielorientierter Arbeit sowie zur Kommunikation und einer qualifizierten Teamarbeit.

Helmut Prinz, Roland Strauß

2. Boden- und felsmechanische Kennwerte, ihre Ermittlung und Bedeutung

Zusammenfassung

Für bautechnische Zwecke werden Festgestein und Lockergestein bzw. Fels und Boden unterschieden. Zwischen beiden treten, bedingt durch unterschiedliche Verwitterung oder gelegentliche Verfestigung, zahlreiche Übergänge auf.

Helmut Prinz, Roland Strauß

3. Beschreibung und Klassifikation von Boden und Fels für bautechnische Zwecke

Zusammenfassung

Bei der Beschreibung und Klassifikation von Böden ist zu unterscheiden zwischen der Benennung einer Bodenart und der Klassifikation.

Helmut Prinz, Roland Strauß

4. Erkundungsmethoden

Zusammenfassung

Art und Umfang einer Baugrunderkundung richten sich nach der Art des Bauwerks, den in Betracht kommenden Bauverfahren und den Baugrundverhältnissen.

Helmut Prinz, Roland Strauß

5. Einführung in die Berechnungsverfahren für Flachgründungen und Geländebruch

Zusammenfassung

Der erste Schritt bei der Auswertung der Ergebnisse einer Baugrunduntersuchung ist die Festlegong eines Baugrundmodells anhand der zur Verfügung stehenden Schichtenprofile und Sondierdiagramme in Form von Längs— und Querschnitten. Das Baugrundmodell muss folgende Angaben enthalten:

• Aufbau des Baugrunds mit Schichtenfolge und -lagerung, Homogenitätsbereiche
• Grundwasserverhältnisse mit Angabe der Wechselstände, Grundwasserleiter und -nichtleiter, Durchlässigkeiten, Angriffsgrad gegenüber Beton, Versickerungsmöglichkeiten
• Baugrundkennwerte der einzelnen Schichtglieder bzw. Homogenbereiche
• Beschreibung von besonderen Inhomogenitäten, wie größere Klüfte oder mögliche Gleitflächen, tektonische Störungszonen, Hohlräume und sonstige Störkörper.

Helmut Prinz, Roland Strauß

6. Ursachen von Setzungen, zulässige Setzungsunterschiede, Risseschäden

Zusammenfassung

Die häufigsten Verformungen des Baugrundes gernäß Abschn. 5 sind Setzungen, bzw. teilweise die umgekehrte Form der Lageänderung, Hebungen. Beide können folgende Ursachen haben:

• Belastung durch ein Bauwerk oder eine Schüttung
• Änderungen des Grundwasserspiegels oder des Wassergehalts
• Baugrubenaushub, Bodenabtrag, Bergbau oder Hohlraumeinbruch
• Gefrieren und Auftauen des Bodens
• Erosion oder Suffosion infolge Grundwasserströmung.

Helmut Prinz, Roland Strauß

7. Flächengründung, Baugrundverbesserung

Zusammenfassung

Die Baugrundnormen für Flach— und Pfahlgründungen und die zugehörigen Sicherheitsnachweise (s. Abschn. 5.1 bis 5.6) sind die DIN EN 1997-1:2009 (EC7) unddie DIN 1054 (s.Abschn. 1.2). Bei Gründungsarbeiten für Verkehrsbauwerke sind außerdem die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen für Ingenieurbauten“ der Straßenbauverwaltung (ZTV-ING, 2003), Teil 2 Grundbau, mit den Abschnitten Baugruben, Gründungen und Wasserhaltung zu beachten bzw. die entsprechenden Abschnitte der Richtlinie (RiL) 853 (2007) der Deutschen Bahn AG.

Helmut Prinz, Roland Strauß

8. Pfahlgründung

Zusammenfassung

Sind bei einer Flächengründung zu große und (oder) ungleiche Setzungen zu erwarten, die auch durch eine Baugrundverbesserung nicht mit wirtschaftlichen Mitteln auf ein erträgliches Maß abzumindern sind, so muss eine Tiefgründung vorgesehen werden. Hierbei werden die Lasten mittels lastübertragender Stützelernente auf tiefer liegende, tragfähige Schichten übertragen. Die älteste und häufigste Art der Tiefgründung ist die Pfahlgründung.

Helmut Prinz, Roland Strauß

9. Schutz der Bauwerke vor Grundwasser

Zusammenfassung

Allgemein ist die tiefste Bauwerkssohle so anzuordnen, dass diese auch bei hoch stehendem Grundwasser trocken bleibt und die Gründungsarbeiten ohne Behinderung durch das Grundwasser durchgeführt werden können, Voraussetzung dafür ist die Kenntnis des höchstmöglichen Grundwasserstandes, worauf bei den Aufschlussarbeiten, aber auch bei der späteren Baugrubenabnahme besonders zu achten ist. Nicht beachtete Bodenverfarbungen, die zeitweilig höhere Grundwasserstände oder Grundwasserbewegungen in einzelnen, in der Baugrube ausstreichenden Schichten anzeigen, haben schon manchmal zu nassen oder zeitweilig unter Wasser stehenden Kellerräumen geführt, Nach der Statistik sind 15% aller Bauschäden Feuchtigkeit im Keller u. ä. Schäden.

Helmut Prinz, Roland Strauß

10. Baugruben

Zusammenfassung

In den Städten werden zunehmend Tiefgeschosse von Gebäuden oder auch Verkehrseinrichtungen tief unter die Erde gelegt. Solche sog. „in den Baugrund eingebettete Bauwerke“ erfordern entsprechend tiefe und z. T. lange Baugruben, in denen mit erheblichen Verschiebungen und plastischen Deformationen zu rechnen ist. Offensichtlich werden vom Untergrund große Entlastungen schlechter vertragen als Belastungen. Durch die Entlastung hebt sich nicht nur die Baugrubensohle urn Zentimeterbeträge, sondern die vertikale Entlastung hat auch einen horizontalen Entspannungseffekt zur Folge. Solche Verformungen von tiefen und langen Baugruben werden nicht nur von tertiären Tonen beschrieben, sondern auch von rolligen Böden (GOLLUB & KLOBE 1995) und auch von halbfesten bis festen, geschichteten Tonsteinen (MORGENSTERN 1990, darin Lit. und Abschn. 10.5.4).

Helmut Prinz, Roland Strauß

11. Wasserhaltung

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In Baugruben und Gräben, in denen die Grundwasseroberfläche aufdeckt wird, muss in der Regel der Wasserspiegel durch Abpumpen des Wassers soweit abgesenkt werden, dass die Aushubsohle trocken fallt und die Fundamentgraben ausgehoben werden können. Je nachdem, ob das Abpumpen des Wassers in der Baugrube ausreicht, oder ob eine voreilende Grundwasserabsenkung vorgenommen werden muss, wird zwischen offener oder geschlossener Wasserhaltung (Grundwasserabsenkung) unterschieden.

Helmut Prinz, Roland Strauß

12. Erdarbeiten

Zusammenfassung

Für Erdarbeiten und den Bau von Verkehrswegen gelten in der Bundesrepublik Deutschland zahlreiche Merkblätter und Richtlinien, die bei der ingenieurgeologischen Beratung zu beachten sind (s. Anhang). Dies beginnt schon mit der Terminologie für den Straßenbau (Abb. 12.1). Der Oberbau umfasst die Fahrbahndecke und die Tragschichten (s. Abschn. 12.4.2). Das Planum ist die Oberfläche des Unterbaus (Damrnkörper) bzw. des Untergrundes. Der Untergrund ist der anstehende Boden im Einschnittsplanum oder an der Dammaufstandsfläche, Ähnliche Begriffe gibt es auch bei der Deutschen Bahn AG mit der Richtlinie für Erdbauwerke RiL 836 (1999/2002), s. Abb. 12.6.

Helmut Prinz, Roland Strauß

13. Standsicherheit von Böschungen

Zusammenfassung

In und hinter jeder Böschung treten infolge Eigenlast und möglicher äußerer Belastungen Schubspannungen auf, die bei An— oder Einschnitten von den in Kapitel 10 diskutierten Entlastungseffekten sowie den Auswirkungen horizontaler Restspannungen überlagert werden (Abb. 13.1). Diese Spannungen lösen Deformationen aus, deren Größenordnung vom Spannungszustand, dem Verformungsmodul und der Scherfestigkeit, besonders auf vorgegebenen Flächen, abhängig ist und die bei einem entsprechenden Untersuchungsprogramm auch durch Bodenkennwerte belegt werden können (BÜrkle & Kuntsche 2005).

Helmut Prinz, Roland Strauß

14. Standsicherheit und Verformung von Dämmen

Zusammenfassung

Dämme und auch Halden bzw. Kippen als Relikte von Abbautätigkeiten (Abschn. 16.7) sind Erdbauwerke, die den Untergrund belasten und an deren Böschungsflächen Spreiz— und Schubspannungen auftreten. Dementsprechend müssen gewisse Standsicherheitsbedingungen erfüllt sein, urn schädliche Verformungen zu verhindern:

• Grundbruchsicherheit
• Gleitsicherheit
• Sicherheit gegen Böschungsbruch
• Dammsetzungen.

Helmut Prinz, Roland Strauß

15. Rutschungen

Zusammenfassung

Rutschungen sind bruchlose oder bruchhafte, schwerkraftbedingte Massenverlagerungen aus einer höheren Lage eines Hanges oder einer Böschung in eine tiefere. Im Allgemeinen werden Massenbewegungen i. w. S. unterschieden nach:

• der Art des bewegten Materials (Fels oder Bodenmassen)
• der Art des Bewegungsvorgangs (z. B. Steinschlag, Rutschung, Murgang)
• der Bewegungsgeschwindigkeit.

Helmut Prinz, Roland Strauß

16. Grundlagen für die Bewertung von Deponieund Altlastenstandorten, Flächenrecycling, Bodenaushub sowie Bergbaufolgen

Zusammenfassung

Die umweltpolitische Diskussion verlagert sich zunehmend von den klassischen Fragen der Deponietechnik und Altlastensanierung hin zu Untertagedeponien, Bodenschutz sowie auf die Wiedernutzbarmachung von Brachflächen und kontaminierten Flächen ehemaliger IndustrieGewerbe- und auch Militärstandorte. Daher wird in dieser Auflage auf Ausführungen über Deponietechnik und die Sanierung von Altlasten verzichtet, zumal keine neuen Deponien mehr gebaut werden und mit Einführung der neuen Deponieverordnung 2009 eine einheitliche Rechtsnorm für den Betrieb und die Stilllegung von Abfalldeponien vorliegt.

Helmut Prinz, Roland Strauß

17. Tunnelbau

Zusammenfassung

Der Tunnelbau ist ein komplexes Aufgabengebiet, in dem nicht nur in der Erkundungsphase, sondern auch während der Vortriebsarbeiten zahlreiche spezielle ingenieurgeologische Fragestellungen auftreten. Ihre Bearbeitung setzt gewisse Kenntnisse in den Verfahrenstechniken voraus, urn die Wechselwirkungen zwischen dem Bauverfahren und dem Verhalten des Gebirges vorab abschätzen bzw. während des Vortriebs bewerten zu können.

Helmut Prinz, Roland Strauß

18. Talsperrengeologie

Zusammenfassung

Stauanlagen sind Bauwerke, mit denen ein außerordentliches Energiepotenzial aufgestaut wird, welches tiefreichende Veränderungen im hydraulischen und hydrostatischen System bewirkt. Hinzu kommt, dass die Wasserwege und die Bewegung des Wassers im Gebirge schwer einzuschätzen und sowohl versuchstechnisch als auch durch Modellrechnung schwierig zu erfassen sind.

Helmut Prinz, Roland Strauß

19. Bauen in Erdfallgebieten

Zusammenfassung

In Erdfall- und Senkungsgebieten ist die allgemeine Flächennutzung, insbesondere die Errichtung von Bauwerken und Verkehrswegen, stets mit einem besonderen Gefahren- und Schadensrisiko verbunden. Voraussetzung für eine Abschätzung der Senkungs- oder Erdfallgefährdung bestimmter Flächen sind Kenntnisse über die Tiefenlage des verkarsteten Gesteins, die Ausbildung der Deckschichten und die Häufigkeit bzw. zeitliche Einstufung der bisherigen Ereignisse. Zur Beurteilung möglicher Maßnahmen gehören dann sowohl Erfahrung über die Zusammenhange und Vorgänge, die zu diesen Ereignissen führen können, als auch Kenntnis der speziellen ingenieurgeologischen Untersuchungsmethoden und der möglichen baulichen Gegenmaßnahmen.

Helmut Prinz, Roland Strauß

20. Geotechnische Aspekte der Geothermie

Zusammenfassung

Die Nutzung des Untergrundes als Wärmequelle, Kältequelle oder als thermischer Energiespeicher zur Heizung oder Kühlung mit theoretisch unerschöpflichem geothermischem Potential gewinnt immer mehr an Bedeutung. Der relativ hohen Anfangsinvestition stehen die heute schon deutlich gestiegenen konventionellen Energiekosten gegenüber, die sich bei Erdwärmenutzung dann auf die Stromkosten für das Betreiben der Anlage beschränken.

Helmut Prinz, Roland Strauß

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