Grundbau II - Gründung von Bauwerken: Begriffe Flach- und Tiefgründung Dimensionierung von: Einzel- und Streifenfundamenten Flächengründungen und Pfählen

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1. Flachgründung1.1 Einleitung und Begriffe

Gründung: Art und Weise, wie Bauwerkslasten auf den Baugrund übertragen werden.

Gründungsarten: Tiefgründungen Flachgründungen •Flach- und •Flächengründung

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Tiefgründungen z.B.mit Hilfe von Ramm- oder Bohrpfählen

Flachgründungen: Einzel- oder Streifenfundamente

Bauwerkslasten werden über die Sohlflächen auf die ober-flächennahen Baugrundschichten übertragen.

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Flächengründungen: Gründungsplatten; d.h. durchgehende Lastübertragungsplatten oder vergleichbare Konstruktionen unter dem gesamten Bauwerk.

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Anforderungen an die Gründung:

ausreichende Standsicherheit verträgliche Verformungen und wirtschaftlich

Entscheidungsgrundlage für die Wahl einer Gründungsart sind die Anforderungen durch

das Bauwerk: Empfindlichkeit gegenüber Verformungen, Größenordnung der auftretenden Lasten den Baugrund: Tragfähigkeit und Verformungsverhalten

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1.2 Bemessungsgrundlagen

Mindestanforderungen an die rechnerische Bemessung von Flach- und Flächengründungen richten sich nach der Zuordnung von Baugrund und Bauwerk zu einer Geotechnischen Kategorie GK 1 – GK 3 nach DIN 1054.

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1.3 Aufnehmbarer Sohldruck in einfachen Fällen

Gegenüberstellung von

aufnehmbarer Sohldruck = Sohldruck, der bei einem bestimmten Bauwerk auf dem vorhandenen Untergrund zugelassen werden kann, ohne dass Schäden am Bauwerk auftreten (Tabellen A.1 bis A.6 in DIN 1054).

einwirkender charakteristischer (rechnerischer) Sohldruck

aufnehmbarer Sohldruck nach DIN 1054

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Eine ausreichende Sicherheit gegen Grundbruch darf als nachgewiesen angesehen werden, wenn gilt:

vorh zul

vorh: rechnerischer einwirkender charakteristischer Sohldruck zul: aufnehmbarer Sohldruck nach Tabellen

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Für die Anwendung der Tabellenwerte müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

• Geländeoberfläche und Schichtgrenzen verlaufen annähernd waagrecht • der Baugrund ist bis zur 2-fachen Fundamentbreite, mindestens jedoch bis 2 m unterhalb der Gründungssohle ausreichend tragfähig• das Fundament wird nicht regelmäßig /nicht überwiegend dynamisch

beansprucht; in bindigen Böden entsteht kein nennenswerter Porenwasserdruck • für die Neigung der resultierende charakteristische Beanspruchung gilt: tan E = Tk /Nk 0,2• die zulässige Ausmitte der Sohldruckresultierenden (Kippnachweis) wird bei ständigen und veränderlichen Einwirkungen eingehalten • bei ständigen Einwirkungen entsteht keine klaffende Fuge

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Nachweis der Kippsicherheit über die Einhaltung der zulässigen Ausmittigkeit der Sohldruckresultierenden.

maßgebliche Sohldruckresultierende aus der ungünstigsten Kombination der charakteristischen Werte ständiger und veränderlicher Einwirkungen für die Lastfälle LF 1 + LF 2 (größte Ausmittigkeit maßgebend).

bei ungünstigen Kombinationen aus LF 1 und LF 2 darf eine klaffende Fuge maximal bis zum Schwerpunkt des Fundaments entstehen kontrollieren, wo die Resultierende aus den angreifenden Lasten (Hx, Hy, V) die Gründungssohle schneidetliegt die Sohldruckresultierende innerhalb der 2. Kernweite des Fundaments, so ist die Bedingung erfüllt.

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Rechteckfundament mit zweiachsiger Ausmittigkeit ex und ey

rechteckige Fundamente Bereich der 2. Kernweite durch Ellipse Kippsicherheit nachgewiesen,

wenn ex bx/3 bzw. ey by/3

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Unter Fundamenten können nur Sohldruckspannungen übertragen werden. Bei vergleichsweise großer Momentenbeanspruchung entsteht eine sog. „klaffende Fuge“, da der Boden keine Zugspannungen aufnehmen kann.

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Bei mittiger Lage der Sohldruckresultierenden gilt:

vorh = Nk / A = N k / (bx · by)

Bei außermittiger Lage der resultierenden charakteristischen Sohlbe-anspruchung wird nur eine Teilfläche A´ angesetzt, bei der die Resul-tierende der Einwirkungen im Schwerpunkt steht :

A’ = b’x · b’y = (bx - 2ex) · (by - 2ey)

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1.3.1 Nicht bindige Böden

Tabelle 1.1: Voraussetzung für die Anwendbarkeit der Tabellenwerte

Gewachsene Sand- und Kiesablagerungen sind in der Regel ausreichend dicht gelagert. Wenn keine örtlichen Erfahrungswerte vorliegen, muss die Lagerungsdichte durch Sondierungen ermittelt werden.

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Tabelle 1.2: Aufnehmbarer Sohldruck für Streifenfundamente auf nichtbindigem Baugrund

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Zu erwartende Setzungen:

• Bei Bemessung nach Teil A.1 der Tabelle 1.2 (=setzungsunempfind-liche Bauwerke) und Fundamentbreiten bis 1,5 m gilt s 2 cm; bei größeren Fundamentbreiten proportional stärker. • Bei Bemessung nach Teil A.2 der Tabelle 1.2 (=setzungsempfindliche Bauwerke) und Fundamentbreiten bis 1,5 m gilt s 1 cm; bei Fundamentbreiten größer als 1,5 m s 2 cm.

Die angegebenen Setzungen beziehen sich auf allein stehende Fundamente und können sich bei gegenseitiger Beeinflussung (lichter Abstand = 3-fache Fundamentbreite) vergrößern.

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1.3.1.1 Erhöhung der Tabellenwerte

Wenn b = 0,5 m und t = 0,5 m sind, dürfen in bestimmten Fällen die Tabellenwerte aus Tabelle 1.2 erhöht und gegebenenfalls die einzelnen Erhöhungen addiert werden:

Erhöhung um 50% bei nachgewiesener dichter Lagerung oder einem Spitzendruck der Drucksonde von qc = 15 MN/m²

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Erhöhung um 20 % bei Rechteckfundamenten, wenn a/b < 2, sowie bei Kreisfundamenten. Für die auf Grundlage der Tabelle A.1 ermittelten Werte darf der aufnehmbare Sohldruck nur dann erhöht werden wenn t > 0,6 · b bzw. b´.

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1.3.1.2 Verminderung der Tabellenwerte bei Grundwasser

Bemessungswerte der Tabelle 1.2 gelten nur für den Fall, dass der Abstand zwischen Gründungssohle und Grundwasserspiegel mindestens so groß ist wie b bzw. b´. Ansonsten gilt:

• Grundwasserspiegel in Höhe der Gründungssohle Tabellenwert für zul muss um 40% verringert werden.

• Abstand Grundwasserspiegel zu Gründungssohle < b bzw. b´ Interpolation zwischen nicht abgemindertem - abgemindertem Wert • Grundwasserspiegel über der Gründungssohle Abminderung um 40% reicht nur dann aus, wenn t > 0,8 m und t > b. Sonst Grundbruchnachweis nach DIN 4017. • Der aufnehmbare Sohldruck aus Tabelle 1.2 A.2 (setzungsempfindlich) darf unverändert verwendet werden, wenn er nicht größer als der verminderte Sohldruck auf Grundlage der Tabelle A.1 ist. Maßgebend ist immer der kleinere Wert.

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1.3.1.3 Verminderung der Tabellenwerte bei waagrechten Einwirkungen

Der aufnehmbare Sohldruck (nach Tabelle 1.2 A.1) ist um folgende Faktoren abzumindern, wenn außer einer senkrechten Beanspruchung Vk auch noch eine waagrechte Komponente Hk angreift:

• mit dem Faktor (1 – Hk / Vk), wenn Hk parallel zur langen Funda-mentseite (a) wirkt und a/b > 2 ist. • in allen anderen Fällen mit dem Faktor (1 – Hk / Vk)2

Der aufnehmbare Sohldruck aus Tabelle 1.2, Teil A.2 darf unverändert verwendet werden, wenn er nicht größer als der verminderte Sohldruck nach A.1 ist. Maßgebend ist immer der kleinere Wert.

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1.3.2 Bindige Böden

Die DIN 1054 gibt in vier verschiedenen Tabellen (abhängig von der Bodenart) Werte für den aufnehmbaren Sohldruck für Streifenfun-damente mit Breiten von 0,5 m = b = 2,0 m an. Für die Anwendung der Tabelle 1.4 gelten folgende Voraussetzungen: • Ic > 0,75, d.h. der Boden muss mindestens steife Konsistenz besitzen.

Alternativ muss gelten qu = 120 kN/m². • Die Last muss allmählich aufgebracht werden. • Setzungen von 2 bis 4 cm müssen für das Bauwerk verträglich sein. • Die Fundamentbreite b muss kleiner als 5,0 m sein

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Tabelle 1.4: Zusammenstellung des nach DIN 1054 aufnehmbaren Sohl-drucks für bindige Böden in kN/m²

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1.3.2.1 Erhöhung der Tabellenwerte

• Erhöhung um 20% bei Rechteckfundamenten mit einem Seitenver-hältnis a/b < 2 und bei Kreisfundamenten • bei Fundamentbreiten zwischen 2,0 und 5,0 m: Verminderung um 10% je m zusätzlicher Fundamentbreite