Perspektiven in Beton

Fundamente d t- unverzichtbar frs Gleichgewicht

Wer hohe Trme bauen will, muss lange beim Fundament verweilen. Anton Bruckner 1824k 1896

Lydivine Radzio 0240947

Einleitung i li Flchengrndungen F e g ge Tiefengrndungen Schlitzwnde Standsicherheit / Versagensmechanismen t d i h h it h i von Flchengrndungen Beispiele Fazit it

Einleitung g- Verbindung des Bauwerks mit dem Baugrund - Grndungen sollen die Standsicherheit eines Bauwerks gewhrleisten und Setzungen vermeiden - Baugrund und Grundwasser entscheidende Faktoren - Lasten mssen ber bestimmte Grndungskonstruktionen auf eine grere Flche verteilt in den Baugrund abgeleitet werden V Vergrerung d A f der Aufstandsflchen d fl h - stabiler Baugrund + niedrige Gebude Flchengrndungen - nichttragfhiger Boden Tiefengrndungen - f tf i Grndung (mindestens 80 cm) frostfreie G d ( i d t )

Flchengrndungen g g- Grndung eines Bauwerks auf Fundamenten - Einzelfundamente (Punktfundamente) unter Einzelsttzen - Streifenfundamente unter Wnden oder unter einer Reihe Einzelsttzen - bei stabilen Bodenverhltnissen und niedrigen Gebuden - Fundament aus Beton, meist bewehrt - Fundament muss so bemessen werden, dass dessen Tragfhigkeit nicht berfordert wird - Baugrund muss die Lasten tragen knnen (Sohldruckermittlung) - Baulast darf nicht zu Setzungen fhren g - frostfreie Grndung - Streifen- und Einzelfundamente, Fundamentplatten und Wannengrndungen

Einzelfundamente f- Verbreitung der Aufstandsflchen von Sttzen - meist bewehrt - Blockfundamente : abgetrepptes - abgeschrgtes Fundament - Plattenfundamente : wirtschaftlich fr groe Einzellasten ; durch die geringe Plattendicke zu bewehren - Kcherfundament : Grndung von Fertigteilsttzen

Fundament - flach

Fundament - tief

Zugspannung bzw. Zugseil Druckspannung bzw. Druckbogen

Streifenfundamente f f- Verbreitung der Aufstandsflchen von Wnden - rechteckiger Querschnitt und in der Lnge fortlaufend - frher: aus grob zugehauenen natrlichen Steinen oder Ziegelsteinen - heute: aus Beton- oder Stahlbeton - bei geringen Lasten unbewehrt - Lastausbreitungswinkel (45 - 60 ) - die aus der Auflast und der zulssigen Bodenpressung zu bestimmende Fundamentbreite bestimmt die Fundamenthhe - W d lngs der Grundstcksgrenze stehen ausmittig auf nach Wnde l d G d t k t h itti f h innen versetzten Fundamenten - Vorteil: die Bodenplatte kann dnn (10 cm) und mit wenig Bewehrung ausgefhrt werden - frostfreie Grndung (80 cm tief)

- bei greren Lasten wird eine Bewehrung eingelegt, um die Hhe des Fundaments zu minimieren

Momentenlinie

Verformungsbild mit Rissbildung im Beton

- Wandffnungen: durchlaufendes Fundament mit oben liegender Lngsbewehrung Momentenlinie

Verformungsbild mit Rissbildung im Beton

Fundamentplatten p- bei wenig tragfhigem Baugrund oder bei unterschiedlichenBodenarten - bei Einzel- und Streifenfundamenten wrde die Gefahr bestehen, dass sie sich ungleich setzen oder einsinken - Last des Bauwerks wirkt auf die ganze Platte verteilt die Bodenpressung wird herabgesetzt - erhhen die Sicherheit gegen Grundbruch - durchgehend Stahlbetonplatten Feldbewehrung oben, Sttzbewehrung unten - werden heutzutage auch ausgefhrt, nur um das ausgefhrt lohnintensive Ausschachten der Fundamentgrben zu umgehen - Nachteil: hoher Beton- und Bewehrungsbedarf - dickere Platte als beim Streifenfundament

Wannengrndungen g g- notwendig, wenn auer senkrechten auch waagerechte Lasten (Grundwasserdruck) aufgenommen werden mssen - Bodenplatte, Umfassungswnde, und Zwischenwnde der Wanne werden durch ihre Bewehrung zu einem geschlossenen Krper verbunden - Sicherheit gegen das Aufschwimmen des Baukrpers muss gewhrleistet sein - schwarze Wanne - weie Wanne - mit einer ueren schwarzen Dichtungshaut - aus wasserundurchlssiger Beton - bei drckendem Wasser erforderlich - Schwachstelle an der Betonierfuge Absicherung durch eine Gummidichtung - Bewehrung nicht nur fr die Statik des Gebudes, sonder auch zur Reduzierung der Risse im Beton erforderlich

Tiefengrndungen f g g- bei nichttragfhigen Bodenschichten, die bis in eine Tiefe von mehr als 4 5 Meter anstehen und Bodenverbesserungen nicht mglich sind - die Bodenschichten werden in ihrer Lage belassen und von tiefgrndenden Konstruktionen durchstoen bis man auf hher belastbarem Baugrund grnden kann - Pfeiler-, Pfahl- und Senkkastengrndungen

Pfahlgrndungen f g g- Spitzendruckpfahl: die Pfhle stehen so tief im Erdreich, dass sie ihre Lasten auf tragfhigem Boden bertragen knnen stehende Pfahlgrndung - Reibungspfahl: der Baugrund besteht nur aus weichen Schichten, daher mssen die Lasten des Bauwerks durch die Reibung zwischen der Pfahloberflche und dem Erdreich in den Baugrund bertragen werden schwebende Grndung - verwendet werden Ortbetonpfhle oder Fertigpfhle

- bei Pfahlgrndungen werden die Pfahlkpfe mit Hilfe von Pfahlkopfbalken (Streifenfundament) oder Pfahlrostplatten (Fundamentplatte) verbunden sie dienen der Verteilung der Sttz- und Wandlasten auf die i l di einzelnen Pfhl Pfhle

Rammpfhle pf- lteste Form der Tiefengrndung - frher: Holzpfhle (Venedig) - mssen wegen Fulnisgefahr entweder ber oder unterm Grundwasserspiegel stehen - wurden bis zu 25 Meter Lnge gerammt - heute: Ortbeton- oder Stahlbetonfertigteilpfhle - Fertigteilpfhle aus Stahl, Stahlbeton oder Spannbeton - Stahlbetonpfhle sind unempfindlich gegen Korrosion aber empfindlich gegen Biegung - Stahlbetonpfhle bis 20 Meter Lnge Schleuderbetonpfhle bis 50 Meter Lnge - Spannbetonrammpfhle eignen sich insbesondere fr Biegebeanspruchungen

Bohrpfhle pf- die Technik der Bohrpfahlgrndung wird gewhlt, wenn das Rammen von Pfhlen, welches Erschtterungen erzeugt, schdlich fr benachbarte Bauten sein knnte - es werden Lcher bis zu 2 5 Meter Durchmesser und bis zu 50 2,5 Meter Tiefe gebohrt - Ortbetonpfhle

- bei Stahlbetonpfhlen wird ein vorgefertigter Bewehrungskorb in das Bohrloch gestellt und anschlieend das Loch unter gleichzeitigem Ziehen des Rohrmantels ausbetoniert l i h iti Zi h d R h t l b t i t

Senkkasten-/ Caissongrndung g g- finden Anwendung, wenn - die Grndungssohle im Grundwasser liegt - eine Grundwasserabsenkung nicht mglich ist - nichttragfhige Bodenschichten in groer Tiefe liegen und mit alten Fundamenten durchsetzt sind

- der Arbeitsraum des Senkkasten wird unter Druckluft gesetzt damit beim Ablassen des Senkkastens unter Grundwasserspiegel das Wasser durch berdruck verdrngt wird ermglicht das Arbeiten auf trockener Sohle - erreichbare Tiefe ist auf 40 Meter begrenzt - Vorteil: man bekommt eine hohe Sicherheit ber die Grndungsohle und die Lage der Grndungskrper

Schlitzwnde- Sttzwnde verhindern bei Gelndesprngen das Abrutschen des hher liegenden Gelndes - Schlitzwnde sind unterirdische wandartige Baukrper aus Stahlbeton, die in einem Erdschlitz erstellt werden - Schlitzwnde werden hufig als Baugrubenumschlieung; auch als tragende Wand fr das zu errichtende Bauwerk mglich - whrend des Aushubs wird der Erdschlitz bis zur endgltigen Fertigstellung durch eine BentonitSuspension gegen Einsturz gesichert - ist die gewnschte Tiefe erreicht, werden Stahlrohre zur Abgrenzung der einzelnen Wandsegmente eingebaut, die Bewehrungskrbe eingelegt und anschlieend, bei gleichzeitigem Entfernen der Sttzflssigkeit, betoniert - S hlit d sind ca. 0,80 m stark und knnen bis zu Schlitzwnde i d 0 80 t k d k bi 30 m tief hergestellt werden - das Betonieren erfolgt in Lamellen von ca. 3 bis 10 m Breite

Standsicherheit / Versagensmechanismen g von Flchengrndungen Bodenpressung- muss begrenzt werden, um unzulssige Setzungen zu verhindern und um eine gengende Sicherheit gegen Grundbruch zu gewhrleisten Druckspannungen - durch Gebudelasten entstehen im Fundament Druckspannungen, die gleichmig auf den Baugrund verteilt werden sollen - Druckspannungen sind unmittelbar unter dem Fundament am grten - man geht von einem Druckverteilungswinkel von 45 aus; in Wirklichkeit verteilt sich der Druck in einer zwiebelhnlichen Form i kli hk i il i h d ki i i b l h li h unter dem Grndungskrper

- berlagerung von Bodenpressungen aus benachbarten Fundamenten knnen vermieden werden, wenn der lichte Abstand grer als das vierfache der Fundamentbreite ist (a=4*b)

- verschiedene Grndungstiefen sind mglich, wenn die Kantenverbindung benachbarter Fundamente nicht mehr als 30 Neigung hat

- wechselt die Grndungstiefe im Verlauf eines Streifen- oder Plattenfundamentes findet eine Abtreppung des Fundamentes statt

Grundbruch

- berschreitung der Belastbarkeit des Baugrunds - unter dem Fundament bildet sich ein verdichteter Erdkeil, der seitlich aus dem Boden eine Erdscholle herausschiebt, die umso grer ist, je tiefer das Fundament in den Untergrund einbindet - die Grundbruchgefahr ist umso kleiner, je tiefer die Grndung gefhrt wird

Gelndebruch- unter Gelndebruch versteht man das Abrutschen eines groen Erdkrpers einschlielich des ganzen Bauwerks - tritt insbesondere bei nderung der Zustandsform des Bodens auf

Bschungsbruch g- bezeichnet das Abrutschen einer Bschung - kommt zustande, wenn der Bschungswinkel fr den betreffenden Boden zu steil gewhlt wurde oder am Bschungsrand eine unbercksichtigte Auflast wirkt

Auftrieb- auf Baukrper, die im Grundwasser stehen, wirkt ein Auftrieb entsprechend der verdrngten Wassermasse - die Eigenlasten der Konstruktion darf nicht zu hoch geschtzt - whrend bei der Bemessung des Tragwerks eine zu hoch angenommene Eigenlast die Sicherheit gegen Versagen erhht, hat sie bei der Auftriebsicherung eine Verschlechterung zu Folge. - die als Flchenbelastung wirkende Differenz zwischen Auftriebsdruck und Eigenlast sollte bei Sohlplatten nicht zu klein geschtzt werden, ansonsten knnte schon ein geringer Anstieg des Grundwasserspiegels zu einem Bruch der Platte fhren

Beispiele p Venedig- auf dem Wasser erbaut steht die Stadt auf Pfhlen, die im Meeresschlamm befestigt sind - die Fundamente, auf denen die Mauern des Gebudes entstanden, sind meist vier parallele, senkrecht zum Kanal gerichtete Mauerreihen, bestehend aus simplen Ziegelsteinmauern, selten tiefer als 80 Zentimeter in den Boden gebaut - die kanalseitigen Fassaden bedurften einer aufwendigeren g g Grndung, da sie direkt am Ufer abrutschen konnten hier ruht Venedig auf Baumstmmen - die Pfhle aus Eiche, Erle oder Pappel sind etwa drei Meter lang und ca. 14 cm dick g - sie wurden komplett unter Wasser in einem Streifen von einem halben Meter Breite in den Boden gerammt, die Zwischenrume mit Lehm und Schlick aufgefllt - die 1 20 m hohen Schutzwnde wurden aus Kalkstein aus Istrien, aufgrund 1,20 Istrien der hohen Wasserundurchlssigkeit, errichtet - Lrchenbretter als Grundflche fr ein gemauertes Fundament

-die Hauptader, der Canale Grande, wird von drei Brcken berspannt die lteste von ihnen ist die

Rialto Brcke

- 1588 1591 erbaut; 48 m lang und 22 m breit - Da Ponte entwickelte eigenst fr diese Brcke und den rtlichen Verhltnissen einen treppenfrmig abgestuften Pfahlrost aus jeweils 6000 dicht gerammten Pfhlen

Rckverankerte Hnge-Hubbrcke in Duisburg g g(Schlaich, Bergermann & Partner)

- 1. hhenverstellbare Hngebrcke der Welt

- Spannweite: 73 m Breite: 3,50 m - der Steg muss aus seiner Normallage von 1,10 m um 10,60 m ber Normalwasserstand angehoben werden knnen, um die Schifffahrt im Hafenbecken zu ermglichen - die 20 m hohen, mit einem Durchmesser von 419 mm, Masten knnen mittels um 3 m ein- und ausfahrender Hydraulikzylinder, die an den Abspannseilen angreifen, nach auen gekippt werden g pp

- die Masten sind dicht am Ufer platziert und werden mit Hilfe von Druckbohrpfhle tief gegrndet. - der Brckenberbau besteht aus 14 Betoneinzelteilen, die wie das Gliederband einer Uhr gelenkig miteinander verbunden sind - die Verlngerung des berbaus in angehobenem Zustand (3,65 m) wird durch Zusatzelemente erzielt, die automatisch aus Fundamenttaschen hervorgezogen werden

- die Hydraulikzylinder werden an eine Verankerungsplatte angeschlossen und mit 4 Dywidag Einzelspanngliedern, die bis zur Grundplatte des Fundaments reichen, befestigt - die Verankerungsplatte ist Sinnbild fr die darunterliegende nicht sichtbare aber zu erahnende Grundplatte des Fundaments - von der Grundplatte des Fundaments, die sich im Baugrund befindet, gehen 8 Dywidag Einspannanker in den tiefen Baugrund

Bregenz Art Museum gBeton-Gerst gehalten wird

(Peter Zumthor)

- das Kunstmuseum ist ein Glas-Quader, der von einem Stahlg , g - 6 Stockwerke: 2 Untergeschosse, 1 Erdgeschoss und 3 Obergeschosse - 3 unterschiedlich gesetzte Wandscheiben aus Beton bernehmen die tragende Funktion - Stahlbetongeschossdecken liegen auf den Wandscheiben auf und kragen an allen Seiten aus - die Fassade aus Stahl und Glas ist selbsttragend - typologisch orientierte sich Zumthor an den Pfahlbauten, jener ersten Baukultur im Bodenseeraum - die Idee der Pfahlbauten wurde aus funktionalen und stdtebaulichen Grnden aufgegeben nass - der bodenseenahe Untergrund ist nass, verfgt ber eine ausgezeichnete Khlkapazitt und dient der umweltfreundlichen, erneuerbaren Energiegewinnung

- durch den Standortvorteil konnte man sich das Prinzip der Erdkopplung zu Nutze machen - die notwendige thermische Energie fr das Gebude liefert eine Betonabsorberanlage - 25 m tiefe im khlen Baugrund auf solidem Fels stehenden Schlitzwnde und Grndungspfhle, mit wasserfhrenden Kunststoffrohren ausgestattet, werden vom Grundwasser umstrmt und zur Khlung des Gebudes genutzt - eingedrungene Wrme wird durch die Khlleitungen in den Wnden wieder abgefhrt

berdachung der Sportsttten der Olymp. g p y pSpiele in Mnchen(Behnisch und Partner, Frei Otto)

- mit vorgespannten Seilnetzkonstruktionen knnen groe Spannweiten sttzenlos berbrckt werden - das System von Stahlseilen, das an 58 Pylonen befestigt ist, hlt das mchtige Netz - die 80 m hohen, mit einem Durchmesser von 3,5m, Masten sind oben und unten konisch (Verstrkung der Mittelzone gegen Ausknicken) d k i h (V k d Mi l A k i k ) - der Mastkopf wird durch die Abspannseile fixiert, so dass der Mast eine Pendelsttze darstellt - die Pylonen stehen auf Stahlbetonfundamenten - fr die Zugverankerung der Abspannseile wurden 3 unterschiedliche Fundamente verwendet (Schlitzwand- , Bodenanker- und Schwergewichtsfundamente)

ARAG -Turm Dsseldorf f(RKW Dsseldorf/ Norman Foster & Partner)

- Brogebude: als Hochhaus mit 30 Obergeschossen, Erdgeschoss und 2 Untergeschossen konzipiert - das Gebude erstreckt sich ber eine Lnge von 60 m und einer Breite von 21m - das Hochhaus wird durch 2 an den ueren Enden liegenden Kernen stabilisiert - der Turm ist auf einer 3,5 m starken Betonfundamentplatte flach gegrndet, umgeben von einer 0,6 m dicken WU- Betonwand - unter den Kernwnden und den 16 Sulen erhielt die Fundamentplatte eine erhhte Schubbewehrung -angrenzenden Gebudeteile mssen wegen unterschiedlichen Setzungen durch Fugen g getrennt werden Tiefgarage und Technikflche g g - die Grndung der Technikflche erfolgt auf einer 1,05 m starken Betonfundamentplatte mit umschlieenden WU- Betonwnden - die Untergeschosse wurden auf Grund der Rheinnhe fugenlos als weie Wanne konzipiert

- die Fundamentplatte liegt teilweise so tief im Baugrund, dass sie Baugrund gegen Auftrieb gesichert werden muss daher auch die Dicke von 3,5 m - bei Grndungen mit Fundamentplatten wird die Last des Bauwerks auf die gesamte Platte verteilt und somit die vorhandene Bodenpressung herabgesetzt gleichmige Lastverteilung in den Baugrund

Wuppertaler Schwebebahnstation Kluse pp(Chamier und Molina )

- liegt unmittelbar neben dem Wuppertaler Schauspielhaus und dem Cinemaxx-Kino - lichtdurchflutete Rahmenkonstruktion aus Stahl und Glas - die Konstruktion schliet jeweils auf beiden Uferseite an zwei Fudamentblcke an der Beton erfordert, dort wo die Kopfplatte auf minimaler erfordert Flche aufliegt, eine Gteklasse von B 45 - die weit aus dem Boden stehenden Fundamentblcke bilden ein markantes Detail; der nackte Beton wird nicht kaschiert - die Dimensionen der im Baugrund liegenden Fundamente werden deutlich thematisiert

- bei der Rahmenkonstruktion wirken nicht nur senkrechten sondern auch horizontalen Lasten auf die Fundamente - die aus den stndigen und vernderlichen Einwirkungen resultierende Kraft muss die Sohlflche im inneren Drittel schneiden, damit keine klaffende Fuge auftritt - wegen der hohen resultierenden Kraft verlagert sich die Sohlpressung ausmittig das im Baugrund liegende Fundament kann so versetzt werden, dass die Sohlpressung wieder mittig von der Fundamentsohle liegt

Sohlpressung

Resultierende Kraft

Renault Distribution Centre in Swindon, England (Sir Norman Foster & Associates)- das Gebude sticht aufgrund seiner 16 m hohen gelben Stahlsttzen, an denen die Dcher der Vertriebszentrale abhngen, deutlich hervor - die Fundamente der Stahlsttzen und Stahlseile sind bei dieser Konstruktion nicht erkennbar, sie bleiben unter der grnen Wiese verborgen und werden somit nicht thematisiert - di St hl tt die Stahlsttzen und Stahlseile sind flach gegrndet d St hl il i d fl h d t - jede Sttze und jedes Stahlseil steht fr sich auf einem Einzelfundament bzw. auf einem Plattenfundament g g - Plattenfundamente sind eine sehr wirtschaftliche Grndungsart fr groe Einzellasten und mssen aufgrund ihrer geringen Plattendicken gegen Bruch als auch gegen das Durchstanzen der aufgestellten Sttzen bewehrt werden