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Verfahren zur Erzielung gleichmäßiger Setzungen von Bauwerken Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung gleichmäßiger Setzungen von Bauwerken,
gegebenenfalls unter Verringerung des Erddruckes hierauf.
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Zur Verbesserung des Baugrundes sind Verfahren in einer großen Zahl
bekanntgeworden. So ist es z. B. üblich, weichen und sehr -wenig tragfähigen Boden
durch Aushub zu beseitigen und durch Einschüttung besseren Bodens, z. B. einer gleichmäßigen
Schicht von Sand oder Kies, die Tragfähigkeit des Bodens zu erhöhen. Bei anderen
Verfahren wird durch Stampfen oder Rütteln eine künstliche Verdichtung des Bodens
und damit eine Erhöhung der Tragfähigkeit erzielt. Schließlich ist es schon bekanntgeworden,
schlechten Baugrund durch Einspritzen von Zement, Zementmilch oder Chemikalien zu
verbessern. Alle diese bekannten Verfahren zielen letzten Endes darauf hin, die
Zusammendrückbarkeit des Bodens zu verringern und seine Tragfähigkeit so zu erhöhen,
daß die spezifische Bodenfläche mit höheren Drücken belastet werden darf.
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Demgegenüber bsschreitet die vorliegende Erfindung einen neuen Weg.
Sie geht von dem Gedanken aus, daß es gar nicht so sehr darauf ankommt, die Tragfähigkeit
des Lodens zu erhöhen, sondern eine gleichmäßige Setzung an allen Sohlenpunkten
des @auive rkes zu erreichen.
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Erfindungsgemäß «-erden in Anpassung an den Sohldruck der Fundamente
und an die Zusammendrückbarkeit des Baugrundes unte r Fundamenten oder hinter Stützmauern
Stolipolstet- aus nachgiebigen Stoffen, wie z. B. feuchtem Lehm, aufgelockertem
Boden ti. ä.. angeordnet, die der Wechselwirkung zwischen Baugrund und Bauwerk oder
auch benachbarter Bauwerke durch verschiedene Dickenbemessung des Polsters innerhalb
seiner gesamten Grundfläche ,angepaßt sind.
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Das neue Verfahren kann auf zweierlei Weise angewendet werden. Sind
z. B. im Baugrund natürliche Polster in Form nachgiebiger Schichten vorbanden, dann
ist e@ möglich, die Fundamente unter Ausnutzung dieser Polster so zu gestalten,
daß an allen Stellen der Gründung eine gleiclim,-ißigc resultierende Zusammendrückung
des Bodens erreicht
wird. Sind natürliche Polster nicht vorbanden,
dann müssen künstliche Polster eingebaut «erden, d°ren Dicke sich aus der Zusammendrückbarkeit
des gewachsenen Bodens und -der Größe der Baugrundbelastung unter Berücksichtigung
der Drucküberschneidung benachbarter Fundamente ergibt. Auf diese Weise wird es
möglich, ungleiche Bauwerksetzungen oder ungleiche Solildrackverteilung praktisch
zu verhindern oder bei Hinterfüllung den Erddruck zu verrifigern oder in günstiger
Weise zu beeinflussen. Die Erfindung stützt sich hierbei auf die neusten Ergebnisse
der Baugrundforschung, durch die es mittels bodenphysikalischer Versuche oder bodenmechanischer
Berechnungen möglich ist, im voraus die Formänderungen zu berechnen, die sowohl
das eingefüllte Polster als auch zier gewachsene Baugrund erleiden. In neuer Zeit
ist es im besonderen möglich geworden. auch die gegenseitige Beeinflussung von Baugrund-oder
Erddrücken zu ermitteln. Insbesondere läCit sich infolge der Fortschritte der neuen
Baugrundstatik die Druckverteilung im Datigi-und unter Bauwerken und die gegenseitige
Cberschneidung der Fundamentdrücke benachbarter Bauteile im Baugrund ziemlich genalt
berechnen. Die Fortschritte in der Bodenphysik und die Entwicklung der Prüfverfahren
im Erdbaulaboratorium gestatten die -zuverlässige Ermittlung der Zusainmendrückungswerte
(E-'##@'erte) der Erdstoffe sowohl im gewachsert;en als auch im künstlich eingebauten
Zustande. Mit diesen Erkenntnissen der Baugrundstatik und Bodenphysik lassen sich
die Bauwerksetzungen, die gegenseitige Beeinflussung der Setzungen benachbarter
Bauwerke und überhaupt die Wechselwirkungen zwischen Baugrund und Bauwerk weitgehend
erfassen, wie die nettere Setzungslehrezeigt (v-l. KÖgl!er-Sc:lieidig,Bau-"rund
und Bauwerk,-, Berlin W, Ernste Sohn, r. Aufl. 1938, 2. Atrfl. 1939). Diese neulen
wissenscliaftliclien Erkenntnisse bilden die technisch - wissenscbaftliclie Grundlage
des reuen Gründungs- bzw. Erdbauverfahrens, das in geeigneten Rillen mit einfachsten
technisclien :Mitteln eine wesentliche Verbesserung der heute bekannten Verfahren
der Flachgründun- herbeiführt.
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Die Anwendung von Erdstoffpolstern im Grund- und Erdbau stellt ein
neues Verfahren dar, das mit einfachsten Mitteln arbeitet, .i;iinlicli bei künstlichen
Polstern mit den überall. vorhandenen Erdstolten (Schlutt, Löl:), I.eliin, Ton,
Torf. Tonschiefer, Schlacke usw.l, deren verhältnismäßig grolle Zusammendrückbarkeit
ausgenutzt bzw. bei natürlichen Polstern fallweise absichtlich hergestellt wird,
z. B. durch Auflockern, Umgraben, Einwässern, Durchlöchern mittels Bohrungen ti.
dgl.
| Das Verfahren geht u. a. von dem Grundsatz |
| aus. da15 nicht die Größe der Setzungen eines |
| Kauwerkes schädlich ist, sondern viehnelir ihre |
| Ungleichmäßigkeit verhindert werden tntil@. |
| Es verbessert in früherem Sinne den Bau- |
| grund nicht, sondern verschlechtert ihn, in- |
| dem er ihn an gewissen Stellen im Interesse |
| des Bauwerkes nachgiebiger macht.. Die An- |
| wendung setzt gründliche Baugrundunter- |
| suchungen und volle Beherrschung der Boden- |
| meclianik, insbesondere der Setzun"slelii-e, |
| voraus. |
| Die Anwendungsmöglichkeiten der Erfin- |
| dung sind sehr mannigfaltig und werden :in |
| einigen Ausführungsbeispielen beschrieben. |
| Die Abb. i bis a zeigen die Anwendung |
| bei einem sog. schlaffen Bauwerk mit Einzcl- |
| fundainenten. |
| Die Abb. 5 und 6 zeigen die :@n ivcndung |
| bei einem schlaffen Bauwerk mit dtirclil;iufcii- |
| dern Fundament. |
| Die abb.7 und S zeigen die Anw:Andung |
| bei einem sehr steifen Bauwerk mit cltirc-li- |
| laufendem Fundament. |
| Die Abb.9 und 1o zeigen die Ani@-endung |
| hei nebeneinanderstehenden Einzelfundanicii- |
| ten verschiedener Größe. |
| Die Abb. i i und 12 zeigen die Anwendung |
| bei ungleichen Gründungstiefen. |
| Die Abb. 13 und 14 zeigen die Anwendung |
| bei einem eingeschütteten Dtirc-1ilal:@ unter |
| einem befahrbaren Damm. |
| Die Abb. 15 bis 18 zeigen die Anwendung |
| bei ungleicher Belastung eines durclfatifen- |
| den Fundamentes. |
| Die Abb. 19 zeigt die Anwendung i\,ic \ or- |
| lier bei Einzelfundamenten. |
| Die Abb. 2o und 21 zeigen die :@ni@ cndun g |
| bei Stützmauern und Tunnelbauten. |
| Im folgenden werden die einzelnen Aus- |
| führungsbeispiele in bestimmten Gruppen zu- |
| samtnengefaßt und beschrieben. |
| Ia. Polsterkeile zur Erziclun; |
| gleicher Setzung schlaffer Bau- |
| w e r k e (" Abb. i bis 6 , |
| Ein Bauwerk (Abb. i'; mit dem recht- |
| eckigen Grundriß a-b-c-(l, das nicht be-3onders |
| steif ist, z. B. Ziegelbau, erleidet itifol;;e |
| Drucksummierung unter der Mitte eitle Set- |
| zung in der Achse "r-f des Bauwerkes nach |
| der Kurve (Abb. 21. Uni diese ungleiche |
| Setzung zu vermeiden, wird unter den Funda- |
| menten der normale Baugrund, z. B. Sand, |
| # ausg hoben und ein nachgiebigerer ErdstoCiP, |
| Ke C 2-1 |
| z. B. feuchter Lehm, eingestampft. Die Stärke |
| dieses zusammendrückbaren Lehmpolsters P |
| ist in der Mitte bei lt gleich Null und attl@@n |
| bei ir und i Maximum (ebb. 3 i. Die Dtircii- |
| biegung m-h-i wird nach neuzeitlichen boden- |
| mechanischen Verfahren berechnet und da- |
nach die Polsterstärke so bestimmt, daß die ungleichen Setzungen
ausgeglichen werden. Hierbei wird der E-Wert des Polsterstoffes versuchsmäßig bestimmt
oder empirisch geschätzt. Die Setzungslinie g-It-i wird damit praktisch zur Geraden.
Die ungleichen Setzungen entfallen oder werden stark verringert; Rißbildungen u.
dgl. im Gebäude oder kostspielige Gegenmaßnahmen werden vermieden.
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Ein kreisrundes Bauwerk, z. B. einen Öltank, dessen Boden bei nachgiebigem
Untergrund bekanntlich in der Mitte ebenfallseine starke Durchbiegung aufweist,
zeigt Abb.5 und 6. Die Polstermöglichkeiten für die beiden Fälle, daß entweder unter
Sohlefester Baugrund (Sand, Abb.5) oder weicher Baugrund (Klei, Abb. 6) ansteht,
sind angegeben. In jedem Falle ist die Polstergründung am Rande am stärksten und
in der Mitte am kleinsten. Das Polster vermag je nach den Baugrundverhältnissen
und je nach der Polsterstärke und -nachgiebigkeit die. burchblegung des Behälterbodens
zu verhindern oder wesentlich zu verringern. Im Falle des Beispiels Abb. 6 wird
eine glatte Bausohle durch eine wenig zusammendrückbare Sandeinlage S geschaffen.
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Ib. Polsterkeile zur Erzielung .(Yleich.en Sohldruck;es bei steifen
Bauwerken (Abb.7 und 8) Ist das Bauwerk mit dem Grundriß a-b-c-cl in sich sehr steif,
z. B. Eisenbetonsila., so führt die Erzwingung gleicher Setzungen infolge dieser
Steife zu einer Sohldruckanhäufung an den Enden, so daß statt der gleichinäl:,ig.en
Bodenpressung e-f eine ungleiche Bodenpressung g-h-i auftritt. Wird der Baugrund
unter den Enden nachgiebiger gemacht durch Anordnung von entsprechenden Keilpolstern.
die am Rande am stärksten sind, so wird sich der Sohldruck 'gleichmäßiger einstellen.
Die Beanspruchung, insbesondere der Grundplatte und der Säulen, wird wesentlich
günstiger.
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Wenn die Durchbi@egung eines Bauwerkes nach Abschnitt Ia, das zunächst
nicht steif genug war; durch Verstärkung der Kellerwände als Kastengründung verhindert
werden sollte, der Fall nach Abschnitt Ib also konstruktiv herbeigeführt wurde,
so waren bisher kostspielige Eisenbetonkonstruktionen zur Aufnahme der Biegungsmomente
und Scherkräfte notwendig, die bei Hochhäusern, Wasserbehältern u. dgl. auch bisher
regelmäßig angewendet worden sind. Durch die demgegenüber fast kostenlose Polstergründung
findet technisch eine Verbesserung der Gründung, v olkswir tscbaftlich eine Mater
ialersparnc,s wichtiger Stoffe, wie Stahl, und eine Kostenersparnis statt. Il. Erzielung
gleicher verschieden großerFundamente durchPolsterg r ü n d u n g (Abt. 9 und i
o) Werden die Fundamente A, B eines Bauwerkes für gleiche Sohldrücke, z. B. p =
2 kg!cm-, dimensioniert, so lehrt die neuere Bodenmechanik, daß sich das größere
Fundament B mehr setzt als das kleinere Fundament A. Deshalb muß der Sohldruck vo.n
B um ein Maß herabgesetzt werden, das dem Verhältnis -der beiden Fundamentflächen
entspricht. Ist für den Baugrund z. B. 2 kg_7cm= Bodenpressung zulässig, so darf
nur das kleinste Fundament diese Pressung erhalten; alle übrigen müssen geringere
Pressungen erhalten, wenn gleiche Setzungen auftreten sollen. Ordnet man unter dem
Fundament A ein nachgiebiges Polster Dl an, so dürfen alle Fundamente mit 2,o kg/cm2
dimensioniert werden und setzen sich dann gleichmäßig. .
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Führt man das Fundament B tiefer (Abt. ro), so wirkt die geologisch
bedingte Bodenschicht h mit höherer Zusammendrückbarkeit beim Fundament A als natürliches
Polster. Beim Vorhandensein eines natürlichen Polsters P, gleicht man die Tiefe
der Fundamente diesem Polster derart an, daß es unter das kleinere Fundament zu
liegen kommt.
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III. Polster bei ungleichen Gründungstiefen (Abb.ii und i2) Besitzt
ein Bauwerk ungleich tiefe Gründungen, 7.B. Heizkeller, Elevatorgruben usw.,
so erreicht das tiefere Fundament meist besseren Baugrund, z. B. Tonschiefer, Kies,
.als die normale Gebäudegründung, z. B. Ton, Lehm. Die Tiefgründung sitzt härter
auf als die Flachgründung und setzt sich weniger. Auch bei gleichmäßigem Baugrund
treten diese Setzungsunterschiede ;ein. Die Gebäudeteile, die weniger tief gegründet
sind, reißen unter Auftreten von senkrechten oder schrägen Scherrissen ab. Im Beispiel
nach Abb. i i konnte bisher nur eine Setzungsfuge F-F helfen, die konstruktiv schwierig
auszuführen und in der Wirkung unsicher ist. Im B.e-spiel nach Abb. 12 mußten Pfähle
I( und Setzungsfugen F-F dafür sorgen, daß die Elev.atorgruhe nicht "vie der Stiel
eines Pilzes das ganze Gebäude trug und Rißbildungen vermieden wurden.
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Auch hier werden durch Anordnung eines nachgiebigen Polsters I' z.
B. aus Lehm, Ton oder anderen Erdstoffen unter den tieferen Fundamenten gleiche
Setzungen erzielt. Man hebt nur, z. B. im, tiefer aus und ersetzt den harten Kies
,öder Tonschiefer mit hoher Tragfähigkeit durch gestampften Lehm oder Ton, dann
setzt sich infolge der durch Versuche bestimmbaren Zusammendriickung dieses
Polsters
das ganze Bauwerk gleichmäßig. Ein Zahlenbeispiel möge dies erläutern (Abb. 12):
Unter der Silogrundplatte herrsche eine Bodenpressung von 1) = 2 kg/cm°. Der steifplastische
Lehm von t= 28o cm Mächtigkeit liehe eine Zusammendrückungszifer von f_-'= go at,
damit ergibt sich eine Setzung s = t. p/E= 28o # 2fgo = 6,2 cm. Als
Polsterstoff wird derselbe Lehm verwendet; @er wird nur beim Gewinnen aufgelockert,
angefeuchtet und leicht eingestampft; sein E-Wert in diesem Zustande ermittele sich
versuchsmäßig finit r= 4oat. Die Polsterstärke errechnet sich damit zu /c = s #
E/j) = 6,2 # 40j'2 = 124 cm.
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IV. Verminderung des Scheiteldruckes durch Polstergründung bei überschütteten
Bauwerken (Abb. 13 und 14) Wird der auf gewachsenem festem Untergrund errichtete
Durchlaß von einem hohen Dainm überschüttet, dann erhält infolge Setzung der Daminschüttung
auf die Hölie ht. die Durchlaßdecke einen höheren Druck als der dein Getr-icht
y t des d.arüberliegenden Erdprismas entsprechende. Die Straße erhält in
der Längsrichtung den bekannten Buckel B.
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Bei Anordnung einer nachgiebigen Polstergründung unter der Sohle des
Durchlasses entfällt die Erhöhung des Scheiteldruckes, da die Polsterung ein Senken
des Durchlasses gestattet, das der Setzung des Dammes im Bereich der Höbe lt entspricht,
sowie zweitens der Buckel B.
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Ein weiteres Beispiel gibt die Durch7aßgründung nach Abb. 13 und 14.
Um in der Längsrichtung des Durchlasses ein Durchsacken desselben in der Mitte zu
verhüten, werden die Polster außen verstärkt (vgl. V).
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V. Erzielung gleicher Setzung trotz ungleicher Belastung mittels einer
Polstergründung (Abb.t5 bis i g) Ungleiche Belastung eines Fundamentes von oben
hat ungleiche Setzung bzw. eine Schiefstellung des ßau;verkes zur Folge. Durch ein
künstliche" Keilpolster entsprechend der ungleichen Belastung werden gleiche Setzungen
erzielt. Außerdem kann die unter Ab-
satz Ib behandelte Solildruckerhöhung
an clcn Enden des Bauwerkes beseitigt werden.
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Bei eiltsprechender Gestaltung des Bau-`ruildes kann auch nach dein
unter Absatz IIb behandelten Prinzip gepolstert «-erden, indem man durch versclüedene
Hölle der Gründung ein bereits vorhandenes Polster in verschiedener Dicke ausnutzt
(Abb. i y i . VI. Er ddruckverminderung durch Polster (Abb.2o und 21) Neuere Versuche
haben ergeben, dal_) der Erddruck auf eine flauer erst dann auf de n Coulombschen
Wert abfällt, wenn die 1I@iti:#r eine gewisse Kippbewegung ausgeführt b;a. Diese
Formänderung, die Weckung der inneren Reibung in der Hinterfüllungserde no@twendig
wird, kann auch in ein nachg:.cbigcs Erdstoüpolster (plastischer Ton oder Lelin.
Torf usw.) verlegt werden, so dali die Mauer i-on erhöhtem Erddruck und von der
KipP-bewe-ung verschont bleibt. Hinterfüllte Bauwerke, die keine Bewegung erleiden
dürfen oder können, werden durch Polster wesentlich entlastet.
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Ausbauten von Stollen, Tunnels und Strelkken ini Bergbau werden ,entlastet,
wenn sie von einem Erdstoffpolster unlgelicil sind (Abb.2i).