FUNDAMENTE

6.Die Lebensdauer eines Bauwerkes hangt nicht nur davon ab, welche Baustoffe der Mensch ausgewahlt und wie diese verarbeitet hat,sondern auch davon, hat der entworfene Ingenieur die ortlichen Bedingungen berlicksichtigt Oder nicht. Lesen Sie den folgenden Informationstext aufmerksam durch und beantworten die darauffolgenden Fragen.

DER SCHIEFE TURM IN PISA

Wahrend und nach der Errichtung eines Bauwerkes bereitet der Baugrund den Bauleuten viele Schwierigkeiten, wenn seine Eigenschaften nicht genugend erforscht sind und unberiicksichtigt bleiben. Auf dem Baugrund ruht der erste zu errichtende Bauteil jedes Bauwerkes - das Funda­ ment. Die Aufgabe des Fundaments ist, die Lasten der dartiberliegenden Bauteile aufzunehmen und sie auf den Baugrund zu iibertragen. Die Lasten des GebSudes drucken die Bodenschichten zusammen; der Baugrund setzt sich. Die Folge davon ist das "Setzen" des Bauwerkes. Das GebSude kann sich aber gleichmaliig Oder ungleichmaSig "setzen" GleichmSIiige Setzungen sind fur das Bauwerk gefahrlos, denn dabei entstehen keine zusStzlichen Spannungen. UngleichmaBige Setzungen bilden dagegen eine Gefahr. Sie entstehen durch ungleichm£IJige Tragfahigkeit des Baugrundes: dadurch bilden sich Risse in den WSnden des Bauwerkes Oder es steht nicht streng senkrecht.

Auf unserem Planeten gibt es rund 40 schiefe Turme. So hat z.B. der beriihmte Big Ben des Westminster Palace in London bei 95 m Hohe die Abweichung 37 cm.

Das beruhmteste Beispiel ist wohl die Geschichte des "schiefen" Turmes von Pisa. In der Baugeschichte ist der Schiefe Turm zu Pisa eines der hervorragendsten Baudenkmaler des romanischen Stils. Aber nicht nur deshalb ist der Turm bekannt geworden.

Etwa urn 1174 beschlossen die "Stadtvater" der Stadt Pisa.neben dem Dorn einen Glockenturm zu errichten. Ursprunglich sollte er 96 Meter hoch sein und mit einem Turmdach versehen werden.Die Bauarbeiten leitete der damals bekannte Baumeister und Architekt Bonannus. Es gelang ihm aber, nur den ersten Teil des Turmes zu errichten, der etwa 11 m hoch war. Man stelIte bald fest, dass sich der Turm von seiner Senkrechte urn vier Zentimeter entfernt hatte, weil er sich ungleichmalJig setzt. Man befurchtete.dass der Bau einsturzen wird. Nach Fertigstellung des dritten Geschosses wurden alle Bauarbeiten eingestellt. Erst 50 Jahre spater, nachdem die Abweichung bereits 50 cm betrug, setzte Giovanni di Simone die Arbeiten fort. Auch er unterbrach die Weiterfuhrung. SchlieBlich.als die Entfernung 93 cm betrug (1350),vollendete der dritte Architekt, Tomaso Pisano, den Bau „in verkQrzter Ausfuhrung“ in 54,5 Meter Hohe.Urn den Turm aufrecht zu erhalten, hat er die drei letzten Geschosse lotrecht errichtet.

Die Neigung des Turmes wurde mit der Zeit immer grolier und gefahrlicher und betrSgt jetzt 4,56m und nimmt jahrlich urn einige mm zu. Der Bau des Turmes dauerte 175 Jahre lang. Die Pisaner wollten das bekannte Baudenkmal, das sie einen „verzdgerten Wunder* nennen, vor seiner Zerstorung retten. Urn die Mitte des 19. Jhs wurden Versuche unternommen, den Grund der ungleichmalSigen Setzungen festzustellen. In der Nahe des Turmes wurden Bodenuntersuchungen durchgefiihrt. Unweit des Turmes wurde eine Baugrube ausgehoben. Das Wasser in der Baugrube war fQr die Baufachleute eine Oberraschung und sie kamen zum Schluli, dass das Wasser den Boden auswSscht. Spatere Untersuchungen zeigten jedoch, dass das Wasser keine gelosten Stoffe enthalt.

Erst hundert Jahre spater wurden die Untersuchungen des Baugrundes am Turm wiederaufgenommen. Diesmal war es der bekannte osterreichische Forscher Terzaghi; sein Name ist eng mit der Entstehung der Baugrundmechanik verbunden. In seinen Forschungen ging er einen anderen Weg. Er untersuchte den Verlauf des "Setzens" in verschiedenen Perioden und stellte fest, dass dieser ProzelJ ursprunglich schnell und ungleichmaflig, spater aber immer langsamer verlief. Die Setzungen des Baugrundes betrugen nur einige Millimeter. Er kam zum Schluli.dass der Baugrund unter dem "schiefen" Turm aus Lehmschichten bestand. Durch Bohrungen und Probenentnahmen wurde das von Professor Terzaghi nachgewissen. Fruher meinte man, dass das Bauwerk auf einer Sandschicht steht. Die Bodenproben, die in der Tiefe von 11 Metern entnommen wurden, enthielten Lehm. Man entdeckte eine mSchtige Lehmschicht. Bei der Errich­ tung des Turmes wurde der Lehmboden zusammengeprelJt und das Wasser wurde aus den Lehmporen verdrangt.

In der letzten Zeit wurden viele Vorschlage zur Rettung des Turmes von Pisa gemacht. Der Baugrund wurde unter dem Bauwerk mit Zement verfestigt; der Strallenverkehr wurde in den anliegenden Strafcen verboten. Es wurde auch vorgeschlagen, den Turm zu demontieren und einen neuen zu errichten.

Der "schiefe" Turm von Pisa ist ein Anziehungspunkt fCir die Touristen und bringt den Stadtvatern grolSe Einkommen. Nun soil der Turm aber vor dem Einsturz gerettet werden. Die Mittel wurden der Komission fur offentliche Arbeiten bereitgestellt. Eine Komission hat den internationalen Wettbewerb ausgewertet; es wurden Vorschlage von Ingenieuren und Technikern auch aus anderen Landern gemacht. Ein Teil der Vorschlage sah vor, den Turm anzuheben und ihn auf ein Fundament zu setzen. Technisch ist das mCglich, jedoch ist der Baugrund zu schwach. Laut einem anderen Vorschlag soil der Boden mit Hilfe der Elekroosmose verfestigt werden. Es soli moglich sein, in 40 Tagen 1500 m2 Baugrund unter dem Fundament zu stabilisieren, damit er das 145001 schwere Bauwerk sicher tragen kann. Urn den Turm in seiner bizarren Neigung standsicher zu erhalten, schlug ein sowjetischer Ingenieur den Einbau von Stahlplatten in das schwere Fundament vor.

Wie der Turm gerettet werden soil, ist noch nicht entschieden. Man kann also schluftfolgern, dass vor Baubeginn eines jedes Bauwerkes der Baugrund auf seine Eigenschaften genau untersucht werden mufc. Man muli also die Starke und Lage der Bodenschichten, die zulSssigen Bodenpressungen, die zu erwartenden Setzungen, die Tiefe der Grundungen, sowie die chemische Beschaffenheit des Baugrundes untersuchen. Dazu verhilft

uns eine besondere Wissenschaft - die Baugrundmechanik.

5. B eantw orten Sie die Fragen.

•Was ruht auf dem Baugrund?

•Welche Aufgabe hat das Fundament?

•Was geschieht mit dem Baugrund beim Zusammenpressen der Bodenschichten durch die Last des GebSudes?

•Welche Setzungen unterscheidet man?

•Welche sind gefahrlich? Warum entstehen sie?

• Wodurch ist der schiefe Turm zu Pisa bekannt?

•Wie lange dauerte der Bau dieses Turmes?

• Was sind die Grunde dafiir, dass der Turm von Pisa sich zu neigen begann?

•Welche MalJnahmen wurden zur Rettung des Turmes zu Pisa getroffen?

•Welche Vorschlage wurden zum internationalen Wettbewerb gemacht?

• Welche SchluBfolgerungen soli man aus der Geschichte des schiefen Turm es zu Pisa ziehen?

ZUSATZLICHER STOFF

7.Lesen Sie einen der Zusatztexte und informieren Sie Ihre Kommilitonen iiber das Gelesene.

BODENVERFORMUNGEN

Man unterscheidet bindige und nichtbindige Boden. Zu den ersten gehoren der Schluff, der Ton usw. Zu den nichtbindigen zahit man Sand, Kies, Gerdll und deren Mischungen.

Die Boden werden durch SchOrfungen, Bohrprobenentnahmen und Sondierungen untersucht. Eine Grundung wird je nach der Beschaffenheit des Baugrundes und Art des Bauwerkes gewShlt. Es gibt Flachund Tiefgrundungen. Flachgrundungen werden angewendet, wenn der Baugrund schon in geringer Tiefe ein Betonwerk standsicher tragt. Die TiefgrOndungen sind erforderlich, wenn der tragfahige Baugrund in grdlierer Tiefe liegt. Man unterscheidet Einzeiund Streifenfundamente. Es gibt auch Plattenfundamente.

Wenn auch die Bodeneigenschaften gut bekannt sind, kann man sie doch nicht immer verandern. Durch die Herstellung einer Baugrube wird der im Gleichgewicht stehende Spannungszustand des Baugrundes gestort. Infolge der SpannungsSnderung kommt es zu entsprechenden Verformungen. Dabei konnen sich im Einflussbereich der Baugrube mehrere VerformungsvorgSnge Uberlagem:

•Hebungen infolge der vertikalen Entlastung durch den Baugrubenaushub

•Setzungen und Horizontalverschiebungen infolge horizontaler Entspannung des Baugrundes

•Durchbiegung der VerbauwSnde

•Auswirkungen des Herstellvorganges des Verbauund Stiitzsystems

•Verformungen infolge Eingriffen in den Grundwasserhaushalt

In Abhangigkeit von der GrolJe dieser Setzungen treten unvermeidbare Verformungen des Bodens im Umfeld des Neubaus auf. Es gibt dazu in der Baupraxis verschiedene Beispiele. Ein 90m hohes Haus in San-Paulo in Brasilien setzte sich auf einer Seite und drohte einzustdrzen. Der Schaden war dadurch entstanden.dass in der Nahe dieses "Wolkenkratzers" eine Baugrube fiir ein anderes Gebaude ausgehoben wurde. Viele Methoden wurden erprobt, urn das Haus zu retten, jedoch ohne Erfolg. Die Baufachleute beschlossen dann, den Boden durch folgendes Verfahren zu verfestigen. Im Baugrund machte man 40 Bohrlbcher, in welche der Beton eingepreBt wurde. Danach wurde das Hochhaus mit Hebem in die ursprungliche Lage versetzt.

Die Verfestigungen des Baugrundes sind aber nur im Notfall vorzunehmen. Die Bauwerke miissen so entworfen und gebaut werden, dass sie genug standfest bleiben.

Zur Losung der geotechnischen Probleme - insbesondere bei innerstadtischen BaumaSnahmen - ist auch eine umfassende llberwachung des von der BaumaBnahme beeinflussten Bereiches wahrend der Herstellung und gegebenenfalls auch wahrend der Nutzung des Bauwerkes notig, urn kritische Situationen durch die Anwendung geeigneter technischer MaBnahmen zu beherrschen.

BAUEN AUF SANDPFAHLEN

Wenn der Baugrund nicht genug tragfahig ist, urn die Auflast eines Bauwerkes aufzunehmen, verwendet man Pfahle. Diese wurden fruher aus Holz und konnen jetzt auch aus Beton und Stahlbeton gefertigt und in den Baugrund eingerammt werden.

Viele Bauplatze Deutschlands werden,bevor die eigentliche Bautatigkeit beginnt.von den hohen Gertisten der Rammen beherrscht. Der Besucher des kunftigen Berliner Stadtzentrums war gewiB nicht wenig Qberrascht, als er sah, welche Unmengen von Betonpfahlen hier in den Boden gerammt wurden, urn den GebSuden als sichere Stutzen auf dem schlechten Baugrund zu dienen. Wozu das alles? Lohnt dieser ungeheure Aufwand an Material und Arbeitskraft Oberhaupt? Kann man nicht einfach auf dem vorhandenen Grund bauen Oder gtinstigere PIStze auswahlen? Alle diese und mehr Fragen wird der Besucher stellen, wenn er nicht mit dem Baufach Oder der Stadteplanung vertraut ist.

Eine gute Auswahl an guten Baugrund gibt es nicht. In Berlin und seiner weiteren Umgebung besteht der Boden aus wassergesSttigten Lockerbbden,Torf,schlammigen Tonen, Lehmen usw. Der Boden, der ein schweres Bauwerk tragen soil, muB fest sein, sonst sinkt es ein (es „setzt" sich und erleidet Schaden), wird sogar vollig zerstort. Pfahle aus Holz, Stahl Oder Beton, die so tief in das Erdreich eingerammt wurden, dass sie im festen, tragfbhigen Untergrund verankert sind, wirken dem entgegen. Im eigentlichen Sinne sind also viele Gebbude Berlins Pfahlbauten -nur liegt an Stelle des Wassers schlechter Baugrund. Diese sogenannten Pfahlgrundungen sind naturgemaB sehr teuer. Die Bauingenieure stellen sich die Frage: wie kann man auf einfache Weise diesen schlechten Baugrund so verandern, dass er den auftretenden Belastungen gewachsen ist?

Zwei Faktoren beeinflussen die Qualitat des Baugrundes wesentlich: der Porenwassergehalt des Bodens und die Struktur und Lage der Mineralteilchen zueinander. Enthblt der Boden viel Porenwasser, so wird es unter der Last des Bauwerks herausgepreBt und flieBt in andere Schichten ab. Der Boden „schrumpf1und gibt unter der Last des Bauwerks nach. Sind die Mine­ ralteilchen leicht gegeneinander verschiebbar, gibt der Boden ebenfalls nach. Es gait also, eine Methode zu finden, bei der Erdreich entwassert und zugleich verdichtet wird.

Die Lbsung dieser schwierigen Frage ist verblOffend einfach: Impft man den vorhandenen Bau­ grund mit Sandpfahlen, so wandert das Porenwasser unter dem Druck SuBerer Belastung auf kurzem Wege in die Sandpfbhle. Das Material dieser Pfahle ist so gewbhlt, dass das ausgedrbckte Wasser schneller in tiefer liegenden Schichten abflieBen Oder nach oben auftreten kann.

Den Sand in Form einer Saule in den Boden zu bringen, bereitet technologisch keine Schwierigkeiten. Ein in den Grund gerammtes Rohr mit aufklappbarer Spitze wird mit Sand gefullt und anschlieBend herausgezogen , wobei die Spitze aufklappt und der Sand in der gewdnschten Form

Griindungselemente des umgebauten Reichstags

Der gesamte innere Gebaudeteil wurde vor dem Umbau abgerissen. Der neue Plenarsaal und die Kuppel wurden auf 90 mantelund fuBverpressten Bohrpfahlen mit einem Durchmesser von 0,9- 1,5 m und einer Lange von 15-27 m gegriindet.

Historische Griindung

Sand, kiesig mitteldicht

^

Holzpfahl +25.30 mNN

Pfahlrost-Beton

+29.15 mNN

Kalksteinmauerwerk X +30.55 mNN

+33.00 mNN

Im Rahmen der Erkundung des Baugrundes im Jahr 1883 stellte man fest, dass der Baugrund im siidlichen Bereich des Gebau­ des fest, im nordlichen Bereich allerdings gefahrlich weich war. In Obereinstimmung zu diesen Untersuchungsergebnissen stieB man bei den Aushubarbeiten fur den nord­ lichen Teil des Gebaudes und den Kuppelbereich auf weiche, schwemmsandartige Schichten in unterschiedlichen Tiefen. Tragfahige Bodenschichten wurden erst in einer Tiefe von 4 -5 m festgestellt. Ausfiihrungsplane zur Herstellung der Fundamente sind nicht verfugbar.

Im Zuge der letzten UmbaumaBnahmen mussten die Fundamente mit Schiirfen und Kembohrungen untersucht werden. Gebaudeteile mit geringer Last wurden auf Einzelbzw. Streifenfundamenten in einer Tiefe von 1,2 m bis 1,8 m gegriindet.

Die siidlichen Ttirme wurden auf Flachgriindungen errichtet. Diese Fundamente liegen rd. 1 m unterhalb des Grundwasserspiegels und wurden im Schutz von Holzspundwanden hergestellt. Archivunterlagen zufolge wurden zur Griindung der Kuppelkonstruktion 2232 Holzpfahle mit einem Durchmesser von 25 cm und einer Lange von 5 m in den kiesigen Sand eingerammt. Weitere 832 Holzpfahle mit einer Lange von 2,5-4,0 m wurden im Bereich der Nordtiirme eingebracht. Die Pfahle wurden in einem Dreiecksraster mit einem Abstand der Pfahlachsen von 1 m in diagonalen Reihen eingebaut. Die Pfahle wurden mit einer Betonschtittung von 1,4 m Dicke iiberdeckt, in weiche sie mit einer Lange von 15 cm einbinden.

In den Jahren 1995 und 1996 wurden umfangreiche Baugrunduntersuchungen innerund auBerhalb des Reichstags durchgefuhrt. Bis zu einer Tiefe von rd. 8 m unterhalb des KellerfuBbodens wurden Feinund Mittelsande mit geringem Schluffanteil angetroffen. Aufgrund der Vorbelastung durch das Gebaude und das Einrammen der Holzpfahle wurde imterhalb des Gebaudes eine mitteldichte Lagerung festgestellt, auBerhalb des Gebaudes wurde eher locker gelagerter Boden vorgefunden. Die in den alten Dokumenten erwahnten weichen Boden und Schlammschichten wurden bei diesen Untersuchungen nicht angetroffen. Bis zu einer Tiefe von 20 mNN folgt eine 5 m dicke, mitteldicht gelagerte Sandschicht. Unterhalb dieser stehen vor allem dicht gelagerte Sande und Kiese an.

Der Grundwasserspiegel liegt bei rd. 31 mNN. In den Jahren 1936 bis 1942 kam es aufgrund des U-Bahnbaus zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels. Die Holzpfahle unter dem Reichstag lagen zu dieser Zeit iiber dem Grundwasserspiegel und waren somit sich stark andemdcn Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Im Zuge der UmbaumaBnahmen mussten die Holzpfahle unter­ sucht werden, um ihre zukiinftige Tragfahigkeit zu untersuchen, da sie unter den sich andemden Umgebungsbedingungen hatten Schaden nehmen кбппеп.

Im Jahr 1996 wurde die Tragfahigkeit der Holzpfahle und des angrenzenden Bodens in einer Versuchsgrube im Zentrum des Gebaudes getestet und in umfangreichen Laborversuchserien analysiert. Es wurde festgestellt, dass eine weitere Nutzung der Holzpfahle moglich ist.

E— Kellerwand

Die Griindung des alien Reichtags

Gegenbogen