Untersuchung des hydraulischen und mechanischen Langzeitverhaltens von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken

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1 Fachhochschule Nordhausen Fachbereich Ingenieurwesen Studiengang Flächen- und Stoffrecycling Weinberghof 4 / Nordhausen Forschungsbericht Untersuchung des hydraulischen und mechanischen Langzeitverhaltens von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken Projektleiter: Dr. Ing. Uwe Groß (Vertretungsprofessor an der FH Nordhausen) Dr. Ing. Ulf Köhler (ehem. Vertretungsprofessor an der FH Nordhausen) Prof. Dr. Ch. C. Juckenack (Rektor an der FH Nordhausen) Mitarbeiter: Dipl. Ing. Helmut Zanzinger (SKZ Würzburg) Dipl. Geol. Norbert Stuth (FH Nordhausen) Dipl. Geol. Dipl. Ing. Karsten Kurch (FH Nordhausen) Dipl. Ing. (FH) Torsten Buchwald (FH Nordhausen) Nordhausen / Würzburg, Juni 2003

2 Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gefördert. (Aktenzeichen: Z / II ) Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt beim Autor. 2

3 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis...6 Tabellenverzeichnis...7 Abkürzungsverzeichnis...8 Vorwort Allgemeine Grundlagen Aktuelle Richtlinien für Dränanlagen Begriffsbestimmung nach DIN Dränanlage nach DIN Bauteil und Zeichenerklärungen Arten Dränanlagen an erdberührten Bauwerken Das System Dränung Abdichtung Wärmedämmung Bauformen Vertikaldränage Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen Lokale Verformung des Sickerkörpers Kriechverformung des Sickerkörpers Einbaubeanspruchungen der Dränelemente Anschlüsse an die Dränanlage Chemische Einflüsse Biologische Einflüsse Alterungsschäden Bauschäden Schäden durch Wasser verursacht Planungsfehler Schäden durch Material verursacht Bauschadensstatistik des IBW in Weimar Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) Gesamtverteilung der Schäden nach Verursachung (nach ZEBAS 2001) Schadenserhebung bei Bauwerksabdichtungen und Dränanlagen Bewertungen von Richtzeichnungen für Dränsysteme Auswahl der Firmen Richtzeichnungsfehler Zeichenfehler Einbaufehler

4 3.2.3 Systematische Fehler Labortechnische Untersuchungen an der FH Nordhausen Zielsetzung Versuche zur Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit von KMB Vorbetrachtungen Materialauswahl Trockenschichtdickenmessung Probekörperherstellung Theoretische Grundlagen für die Nullversuche Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes und der Filtergeschwindigkeit Versuchsdurchführung Nullversuche Wasserdurchlässigkeitsmessung Versuchsergebnisse Nullversuche Wasserdurchlässigkeitsmessung Auswertung der Versuche zur Durchlässigkeit Nullversuche Wasserdurchlässigkeitsmessung Schadenssimulierung von KMB / Belastungsversuche Belastungsversuch mit Geokunststoffelementen Durchführung des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen Ergebnisse des Belastungsversuches mit Geokunststoffelementen Einbaubeanspruchung (Nägel) Durchführung der Einbaubeanspruchung mit Nägeln Ergebnisse der Einbaubeanspruchung mit Nägeln Labortechnische Untersuchungen vom SKZ Würzburg Versuchsmaterial Versuchsdurchführung Druckversuche Fallversuche Schutzwirksamkeitsversuche Einbaubeschädigungsversuche Scherversuche Druck-Kriechversuche mit Schubbeanspruchung Wasserableitvermögen der unbeanspruchten Proben Wasserableitvermögen nach Einbaubeschädigung

5 5.3 Versuchsergebnisse Beurteilung Schlussfolgerungen Erarbeitung und Durchführung eines Großversuches Versuchsaufbau Materialauswahl Durchführung Besonderheiten beim Einbau Versuchsauswertung Auswirkungen des Versuches auf die einzelnen Dränprodukte Bewertung der einzelnen Dränprodukte Vorschläge für weiterführende Untersuchungen Vergleich der Ergebnisse des Großversuches und der Laborversuche Zusammenfassung Literatur- und Quellenverzeichnis

6 Abbildungsverzeichnis Abb.: 1 Dränanlage nach DIN Abb.: 2 Schema zur Grobgliederung der Geokunststoffe (FRANZIUS INSTITUT 1991)...16 Abb.: 3 Schichtenaufbau einer Vertikaldränage (nach MC-BAUCHEMIE MÜLLER)...19 Abb.: 4 Einteilung der Bauformen von Dränanlagen (aus BUCHWALD 2002)...20 Abb.: 5 Bauformen von Noppenbahnen (aus BUCHWALD 2002)...21 Abb.: 6 Beispiel einer Noppenbahn mit Filtervlies (aus OBS 2002)...21 Abb.: 7 Darstellung unterschiedlicher Noppenbahnen...22 Abb.: 8 Beispiel einer Geomatte mit Filtervlies (aus NAUE 2002)...23 Abb.: 9 Beispiele unterschiedlicher Geonetze (aus Polyfelt 2002)...24 Abb.: 10 Beispiel einer Dränsteinwand (aus BETONWERK RAU 2002)...25 Abb.: 11 Beispiel einer Dränplatte (aus FRÄNKISCHE 2002)...26 Abb.: 12 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS)...37 Abb.: 13 Zeitpunkt der Mängel- und/oder Schadensfeststellung (nach ZEBAS)...38 Abb.: 14 Darstellung des Dränsystems (aus BUCHWALD 2002)...45 Abb.: 15 Wasserdurchlässigkeitsmessgerät Messzelle

7 Tabellenverzeichnis Tab.: 1 Bauteil und Zeichenerklärung nach DIN Tab.: 2 Verteilung der Schadensverursachung (nach ZEBAS 2001)...38 Tab.: 3 Hauptschadensgruppen an den Bauteilen Abdichtung und Dränanlagen...39 Tab.: 4 Verbrauch an Bitumendickbeschichtung für die Lastfälle...51 Tab.: 5 Verteilungsmuster zur Durchlässigkeitsmessung...62 Tab.: 6 Durchlässigkeitsbeiwerte der Porenbetonkörper...64 Tab.: 7 Durchlässigkeitsbeiwerte bei 2 mm Nassschichtdicke...65 Tab.: 8 Durchlässigkeitsbeiwerte bei 3 mm...66 Tab.: 9 Übersicht der Versuchsergebnisse des SKZ in den Anlagen

8 Abkürzungsverzeichnis Al ATV BAM B x H x L CaO DIBt DIN DN DPL EAN EN ISO EPS Fe FHN dh GefStoffV Gew.-% GGVS GOK GRK HGW IBW kf KMB LF M.-% MS OSB Platte O 90 PA PE HD PE LD PE PET PG-KMB Aluminium Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung Berlin Breite mal Höhe mal Länge Kalziumoxid Deutsches Institut für Bautechnik Deutsches Institut für Normung (Normen) Rohr-Innen-Durchmesser Dynamic Probing Light (leichte Rammsonde) Europäische Artikelnummer Europäische Norm der International Organization for Standardization expandiertes Polystyrol Eisen Fachhochschule Nordhausen Grad deutsche Härte Gefahrstoffverordnung Gewichtsanteil in Prozent Gefahrgutverordnung Straße Geländeoberkante Geotextil-Robustheitsklasse höchster anzunehmender Grundwasserstand Institut für Bauschadenforschung Weimar Durchlässigkeitsbeiwert kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung Lastfall Massenanteil in Prozent Messing Oriented Strand Boards Flachpressplatte Öffnungsweite Polyamid Polyethylen (high density), hoher Dichte Polyethylen (low density), niedriger Dichte Polyethylen Polyester Prüfgesellschaft kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung 8

9 ph Wert negativer, dekadischer Logarithmus der Wasserstoff - Ionenkonzentration PP Polypropylen PVC Polyvinylchlorid SKZ Süddeutsches Kunststoff-Zentrum Würzburg UG Untergruppe ÜHP Übereinstimmungserklärung des Herstellers VbF Verordnung über brennbare Flüssigkeiten VOB Verdingungsordnung für Bauleistungen Vol.-% Volumenanteil in Prozent WU-Beton wasserundurchlässiger Beton ZEBAS Zustandserfassungsstelle für Bauschäden 9

10 Vorwort In vielen Bereichen des Ingenieurbaus hat der Schutz erdberührter Bauwerke vor Bodenfeuchtigkeit und Wasser eine große Bedeutung. Dafür werden heutzutage die unterschiedlichsten Abdichtungs- und Dränelemente verwendet. Durch falsche Produktauswahl und -verarbeitung sind Bauschäden an erdberührten Bauwerken vorprogrammiert. Begründet durch einen sehr hohen Schadensanteil und die zunehmende Bedeutung von Abdichtungs- und Dränelementen, wurden Betrachtungen und Untersuchungen am System der Vertikaldränanlagen als notwendig erachtet. Aufgrund dieser Probleme wurde durch die Fachhochschule Nordhausen ein Forschungsantrag an das Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung eingereicht. Ziel des Forschungsvorhaben ist, die tatsächlichen Beanspruchungen durch großmaßstäbliche Simulation zu beschreiben und durch vergleichende Laboruntersuchungen signifikante Parameter zu finden, welche die langfristige Funktionstüchtigkeit sicherstellen können. In diesem Rahmen wurden umfangreiche Betrachtungen zum Thema der Vertikaldränanlagen und der Bauwerksabdichtungen vorgenommen. Diese lassen sich in die folgenden beiden Themenbereiche gliedern: Themenbereich 1 Verhalten von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken / Untersuchungen von Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen Themenbereich 2 Verhalten von Vertikaldränagen an erdberührten Bauwerken / Untersuchung von Einwirkungen auf Abdichtungssysteme Beide Themenbereiche wurden an der Fachhochschule Nordhausen als Diplomthema bearbeitet und bilden die Grundlage des Forschungsberichtes. Das primäre Ziel stellt die Vermeidung von zukünftigen Bauschäden dar. Ebenso soll die Produktauswahl für Anwender überschaubarer werden. Die Regelwerke sollen verbessert werden, indem eine sinnvolle Beschreibung der Anforderungen an die Abdichtungs- und Dränelemente möglich wird. Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist die Erarbeitung von technischen und ökonomischen Bewertungskriterien. Das gesamte Forschungsvorhaben steht im Kontext schadenfreies Bauen und soll einen Beitrag zur Vermeidung von Baumängeln in Planung und Ausführung geben. Mit Hilfe der Bauschadensstatistik des Bauforschungsinstitutes Weimar wurden die wesentlichen Bauschäden und mängel spezifiziert und ausgewertet, um Lösungsansätze für spätere Anwendungen mit Dränprodukten und Abdichtungsstoffen zu finden. 10

11 1 Allgemeine Grundlagen 1.1 Aktuelle Richtlinien für Dränanlagen Die aktuellen Richtlinien für Dränanlagen sind in der DIN 4095 Dränung zum Schutz baulicher Anlagen, Planung, Bemessung und Ausführung, enthalten. Die im weiteren verwendeten Begriffe, Zeichenerklärungen und relevanten Inhalte wurden an die Ausgabe Juni 1991 der DIN 4095 angelehnt Begriffsbestimmung nach DIN 4095 Dränung ist die Entwässerung des Bodens durch Dränschicht und Dränleitung, um das Entstehen von drückendem Wasser zu verhindern. Dabei soll ein Ausschlämmen von Bodenteilchen nicht auftreten (filterfeste Dränung). Eine Dränanlage besteht aus Drän, Kontroll- Spüleinrichtungen sowie Ableitungen. Drän ist der Sammelbegriff für Dränleitung und Dränschicht. Dränleitung ist die Leitung aus Dränrohren zur Aufnahme und Ableitung des aus der Dränschicht anfallenden Wassers. Dränschicht ist die wasserdurchlässige Schicht, bestehend aus Sickerschicht und Filterschicht oder aus einer filterfesten Sickerschicht (Mischfilter). Filterschicht ist der Teil der Dränschicht, der das Ausschlämmen von Bodenteilchen infolge fließenden Wassers verhindert. Sickerschicht ist der Teil der Dränschicht, der das Wasser aus dem Bereich des erdberührten Bauteils ableitet. Dränelement ist da Einzelteil für die Herstellung eines Dräns: z.b. Dränrohr, Dränmatte, Dränplatte, Dränstein. Dränrohr ist der Sammelbegriff für Rohre, die Wasser aufnehmen und ableiten. Stufenfilter ist der Teil der Dränschicht, der aus mehreren Filterschichten unterschiedlicher Durchlässigkeit besteht. 11

12 Mischfilter ist der Teil der Dränschicht, der aus einer gleichmäßig aufgebauten Schicht abgestufter Körnung besteht. (Anmerkung: Dieser kann auch die Funktion der Sickerschicht übernehmen.) Schutzschicht ist die Schicht vor Wänden und auf Decken, welche die Abdichtung vor Beschädigungen schützt. (Anmerkungen: Die Dränschicht kann auch Schutzschicht sein.) Trennschicht ist die Schicht zwischen Bodenplatte und Dränschicht, die das Einschlämmen von Zementleim in die Dränschicht verhindert. 12

13 1.1.2 Dränanlage nach DIN 4095 Die Dränleitung eines erdberührten Bauwerkes ist nach DIN 4095 entlang der Außenfundamente so anzuordnen, dass das gesamte anfallende Wasser, also Oberflächenwasser, Kapillarwasser sowie anstehendes Stau- und Schichtwasser, gefasst wird. Allgemein wird dieses als Ringdrän bezeichnet. Die vorgeschriebenen Abstände und Abmessungen der Kontroll- bzw. Spülrohre sind aus den Tabellen der DIN 4095 zu entnehmen. Beachtet werden muss, dass die durch ihre bauartlich bestimmten Eigenschaften verwendete Dränschicht nicht als Versickerungsschicht für anfallendes Oberflächenwasser der Dachfläche verwendet werden darf. Die im nachfolgenden dargestellte Richtzeichnung einer Dränanlage ist an die Vorlagen und Zeichenerklärungen der DIN 4095 angelehnt. Abb.: 1 Dränanlage nach DIN

14 1.1.3 Bauteil und Zeichenerklärungen Die Bauteil und Zeichenerklärungen der DIN 4095 sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen: Tab.: 1 Bauteil und Zeichenerklärung nach DIN 4095 Bauteil Art Zeichen Filterschicht Sand Geotextil Sickerschicht Kies Einzelelement (z.b. Dränstein, -platte) Dränschicht Kiessand Verbundelement (z.b. Dränmatte) Trennschicht z.b. Folie Abdichtung z.b. Anstrich, Bahn Dränleitung Rohr Spülrohr, Kontrollrohr Rohr Spülschacht, Kontrollschacht, Übergabeschacht Fertigteil 14

15 Die Bauteil- und Zeichenerklärungen sind in der DIN 4095 enthalten, um eine Vereinheitlichung der verwendeten Dränbauteile und Schichtenaufbauten zu gewährleisten. Sie entsprechen somit den allgemein gültigen Normen. Die von den Herstellern am wenigsten eingesetzte Bauteilbezeichnung und Zeichenerklärung betrifft die Abdichtungsschicht. Die Abdichtungsschicht wird in den meisten Fällen nur als einfache Linie dargestellt. Diese Vereinfachung kann zu Irritierungen und Verwechslungen mit anderen Bauteilen der Dränanlage führen. 15

16 1.1.4 Arten Bei der Unterteilung der Geotextilien muss eine Betrachtung der gesamten Geokunststoffe vorrangestellt werden (FRANZIUS INSTITUT 1991). Geokunststoffe wasserdurchlässig wasserundurchlässig Geotextilien Verwandte Produkte Dichtungsbahnen Gewebe Sonderformen Sonstige Sonstige Vliesstoffe Verbundstoffe Geonetze/Geogitter Kunststoffdichtungsbahnen Abb.: 2 Schema zur Grobgliederung der Geokunststoffe (FRANZIUS INSTITUT 1991) Die Einteilung der Geotextilien, die im folgenden beschrieben wird, dient dem besseren Verständnis der Produkteigenschaften, die aus den unterschiedlichen Herstellungsarten resultieren. Vliesstoffe Vliesstoffe entstehen aus Filamenten oder Spinnfasern, die durch eine Verfestigung ihre Eigenschaften erhalten. Diese Filamente sind Fasern oder Drähte mit praktisch unbegrenzter Länge, wohingegen die Spinnfasern nur eine Länge von wenigen Zentimetern aufweisen. Eine Verfestigung der Fasern kann auf mechanischem, adhäsiven oder kohäsiven Wege erfolgen. Durch die regellos angeordneten Fasern sind ihre mechanischen Eigenschaften weitgehend richtungsunabhängig. Da die bei der Herstellung produzierten Vliesstoffe meist flexible Flächengebilde darstellen, besteht nur eine geringe Gefahr von Beschädigung des Gefüges aufgrund ihrer guten Anpassung an unebene Unterlagen. Es wurden auch keine wesentlichen Veränderungen im Filter- und Trennverhalten der Vliesstoffe durch Zusammendrücken oder Dehnung registriert. 16

17 Gewebe Bei der Herstellung von Geweben kreuzen sich zwei Fäden verschiedener Fadensysteme. Die mechanischen Eigenschaften sind abhängig von der Anordnung der Fäden. Je nach Ausrichtung und Fadenwahl kann eine bestimmte Richtungsabhängigkeit erzeugt werden. Daraus resultiert auch der hauptsächliche Einsatz der Gewebe als Bewehrung, vorrangig im Straßen- und Deponiebau sowie als Hangsicherungsmaterial. Beim Zerreißen eines oder mehrerer Garne des Gewebes tritt eine Verringerung der Festigkeit in Garnrichtung auf. Eine Veränderung der Filtereigenschaften durch Zusammendrücken konnte nicht festgestellt werden, es ist jedoch eine Veränderung der Gewebeöffnungen durch Dehnung möglich. Verbundstoffe Beim Einsatz von Verbundstoffen im Bereich der Vertikaldränage wird eine Kombination von günstigen Produkteigenschaften der Geotextilien für ein bestimmtes Bauvorhaben erzeugt. Es werden die unterschiedlichen Eigenschaften der Stoffe so in einen Schichtenaufbau gebracht, dass jede einzelne Schicht ihre für den Gesamtaufbau günstigsten Eigenschaften am besten entfalten kann. Die Verbindung der einzelnen Schichten kann durch Vernadeln, Verschweißen, Vernähen oder durch Verkleben erfolgen. Eine Kombination der Verbindungsarten kann zu einer Zunahme der Festigkeit führen. Ergebnis dieser Zunahme ist eine Risikominimierung der Gefahrenquellen. Sonderformen Die Sonderformen der Geotextilien und artverwandter Produkte liegen im Bereich der Geomatten, Noppenbahnen und EPS Platten. Sie sind keinem der angegebenen Gliederungspunkte genau zuzuordnen. 17

18 1.2 Dränanlagen an erdberührten Bauwerken Die Dränanlagen an erdberührten Bauwerken werden zur Ableitung des im Erdreichs vorhandenen Wassers eingesetzt. Die Besonderheit der untersuchten Dränelemente besteht darin, dass sie aus Geokunststoffen bestehen. Durch aufgebrachte Vliese oder verwendete mineralische Filterschichten gelangt das vorhandene Wasser in die vertikale Dränschicht. Aus der vertikalen Dränschicht wird das Wasser in den horizontalen Ringdrän oder die Sickerschicht abgeleitet. Der angeschlossene Ringdrän sollte dabei einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden, um eine uneingeschränkte Funktionsfähigkeit des Systems zu gewährleisten Das System Dränung Abdichtung Wärmedämmung Um ein erdberührtes Bauwerk ausreichend vor äußeren Einflüssen wie Wasser oder Kälte zu schützen sind verschiedene Maßnahmen notwendig. Im Kontaktbereich eines Gebäudes zum Erdreich sind spezielle Anordnungen zum Schutz der Bausubstanz erforderlich. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um drei entscheidende Gewerke. Diese sind zum einen die Abdichtungsschicht und zum anderen eine Dränschicht mit dazugehöriger Filterschicht und Sickerschicht. Als zusätzlichen Bestandteil kann man eine der Wärmedämmung bzw. -isolation dienende Schicht hinzufügen. In einigen Fällen werden des weiteren Schutzschichten zwischengebaut, um Beschädigungen an den anderen Schichten zu vermeiden. Sie werden in Abhängigkeit von eingesetzten Materialien beziehungsweise in Abhängigkeit der Funktionsweise eingebaut. 18

19 In der Abbildung 3 soll ein vereinfachter Schichtenaufbau verdeutlicht werden, wobei die Schutzplatte die Funktionen von Wärmedämmung und Dränelement vereint (nach MC- BAUCHEMIE MÜLLER). Abb.: 3 Schichtenaufbau einer Vertikaldränage (nach MC-BAUCHEMIE MÜLLER) Im Regelfall ist der komplette Aufbau dieses Systems erforderlich und in der Praxis ist auf eine fachgerechte Ausführung zu achten. Ferner können kleinste Fehler sehr große Schäden an der Bausubstanz zur Folge haben. Besondere Beachtung gilt der Kombination einer Dränanlage mit einer Filterschicht, welche prinzipiell eine zusammengehörige Einheit darstellen. Für die einwandfreie und uneingeschränkte Funktionsfähigkeit der Dränanlage ist eine Filterschicht unverzichtbar. Sie sorgt dafür, dass keinerlei Partikel des umgebenden Bodens in die Dränanlage gespült werden und sich diese im Laufe der Zeit nicht zusetzen kann. Problematisch kann sich eine Abdichtung ohne vorhandene Dränanlage darstellen, wenn sich das Gebäude in Bereichen mit auftretenden Stauwasser befindet. 19

20 1.2.2 Bauformen Aufgrund der verschiedenen Einsatzgebiete, den erforderlichen Beanspruchungen, den damit verbundenen unterschiedlichen Produkteigenschaften sowie den unterschiedlichen, am Markt befindlichen Herstellern haben sich eine Vielzahl an Dränelementen für den Einsatz an erdberührten Bauwerken entwickelt. Diese Entwicklung schreitet ständig fort, da die Geokunststoffe zum heutigen Zeitpunkt noch einen sehr jungen Zweig in der Baustoffentwicklung und verwendung darstellen. Sie stehen in starker Konkurrenz mit den konventionellen sowie den naturnahen Baustoffen. Die in dieser Arbeit betrachteten Vertikaldränagebaustoffe wurden auf 5 Hauptgruppen begrenzt. Die Auswahl der Baustoffe kann um eine neue Kategorie der Dränprodukte ergänzt werden, da die Schaumstoffbahn keiner der aufgeführten Gruppen zuzuordnen ist. Dieses Dränelement besteht aus Recyclingmaterial aus der Automobil Produktion. Die thermisch verklebten Schaumstofflocken sind mit einem thermisch aufkaschiertem Vlies als Filterschicht verbunden. Der so entstandene Verbundstoff wird in Rollenform angeboten. Bauformen von Dränanlagen an erdberührten Bauwerken Geokunststoffe mineralische Baustoffe Geonetze Noppenbahnen Geomatten Dränsteine mineralische Sickerschicht Dränplatten Schaumstoffbahnen Abb.: 4 Einteilung der Bauformen von Dränanlagen (aus BUCHWALD 2002) 20

21 Noppenbahnen Noppenbahnen mit Filterschicht (Schutz- und Dränagefunktion) ohne Filterschicht (nur Schutzfunktion) Vlies Gewebe (beide Bauformen gegebenenfalls mit Gleitfolie) Abb.: 5 Bauformen von Noppenbahnen (aus BUCHWALD 2002) Abb.: 6 Beispiel einer Noppenbahn mit Filtervlies (aus OBS 2002) 21

22 Als Noppenbahnen werden diejenigen Dränsysteme bezeichnet, die ihre Dränagewirkung, ihre Wasserableitfähigkeit durch gleichmäßig auf einer Bahn angeordneter runder oder trapezförmiger Noppen erhalten. Mit den zum gegenwärtigen Zeitpunkt sich auf dem Markt befindlichen Noppenbahnen werden hohe Abflussleistungen erreicht. Das Filtervlies auf der Noppenbahn, wird nach außen, in Richtung des anstehenden Erdreiches, angebracht. Diese Bauweise garantiert bei einer ordnungsgemäßen Verarbeitung und keiner Einbaubeschädigung, eine lange Lebenserwartung der wasserabführenden Dränelemente. Durch das Aufbringen des Filtervlieses können Korngrößen bis ca. 0,1 mm des anstehenden Erdreiches zurückgehalten werden. Im Gegensatz dazu stehen die Noppenbahnen ohne Filtervlies. Diese Bauform wird am Bauwerk so angebracht, dass die Noppen nach innen, zum Bauwerk hin, eingebaut werden. Bei dieser Ausführung handelt es sich nur um einen mechanischen Grundmauerschutz ohne eigentliche Dränagefunktion. Diese Bauweise ist jedoch nur bei einer stabilen Abdichtungsschicht (z.b. Bitumenbahn) möglich. Sie stellt unter Dränageaspekten nur eine Verschiebung des anstehenden Stauwassers in Richtung einer zusätzlichen einzubauenden Kies-Sickerschicht dar. Die Form der Noppen variiert von Hersteller zu Hersteller. So werden Noppenbahnen mit unterschiedlichen Winkeln und Anordnungen der Noppen angeboten. In der Ausführung der Bahnen wird in einseitige und beidseitige Noppenbahnen unterschieden. Bei den einseitigen Noppenbahnen ist die Einbaurichtung weitgehend vorgegeben bei den Beidseitigen ist dieses nicht der Fall. beidseitige Noppenbahn einseitige Noppenbahn Abb.: 7 Darstellung unterschiedlicher Noppenbahnen 22

23 Geomatten (Wirrgelege) Abb.: 8 Beispiel einer Geomatte mit Filtervlies (aus NAUE 2002) Bei den Geomatten handelt es sich um eine Form der Dränschicht, bei der beachtet werden muss, dass sie aufgrund ihrer lockeren Bauweise geringere Druck- und Schubkräfte aufnehmen kann. Sie sind in verschiedenen Kombinationen mit Filtervliesen erhältlich. Zum Schutz der Dränagewirkung der Geomatten wird ein einseitiger oder sogar beidseitiger Einsatz eines Vlieses entsprechend der Anforderungen an die Dränanlage empfohlen. Durch ihre flexiblere Gestaltung können die Geomatten leichter in schwer zugängliche Bereiche des Baugrundes eingebracht werden. Sie können auch nahtlos an der Gebäudesohle weitergeführt werden. Es werden von einigen Herstellern Geomatten mit einer Gleitfolie versehen. 23

24 Geonetze Abb.: 9 Beispiele unterschiedlicher Geonetze (aus Polyfelt 2002) Bei den Geonetzen handelt es sich um einen druckfesten Verbundstoff aus einem Kunststoffnetz und einem ein- oder beidseitig aufkaschiertem Vlies. Diese Art der Dränanlage wird hauptsächlich als Flächendränage im Deponie- und Straßenbau verwendet. Ein Gebrauch als Vertikaldränage an erdberührten Bauwerken ist nur wenig gebräuchlich. Bei gering anfallenden Wässern oder starken Erdrücken senkrecht zur Wand, dürften die Geonetze ebenso Vorteile gegenüber anderen Vertikaldränagen besitzen, wie bei starken Schubkräften. Geonetze werden in unterschiedlichen Bauformen vertrieben. Sie werden in 2-lagiger oder 3-lagiger Bauweise angeboten. Je nach Bauweise ist eine gerichtete oder ungerichtete Wasserableitung realisierbar. 24

25 Dränstein Abb.: 10 Beispiel einer Dränsteinwand (aus BETONWERK RAU 2002) Der Schutz der Dichthaut vor mechanischer Beschädigung kann durch den Einsatz einer Dränwand aus Betonsteinen erzielt werden. Für die dauerhafte Filterung des andrängenden Wassers eignen sich Betonsteine aus haufwerksporigem Spezialbeton ohne kapillare Saugwirkung. Dränsteine sind Hohlkörper die im Verband, ohne Vermörtelung, an das Mauerwerk angelegt werden. Sie wirken sowohl als Sickerschicht und als Filterschicht und bieten eine Sicherung der Dichthaut, wenn gewährleistet ist, dass während der Bauphase zwischen Dichtung und Betonsteinen keine harten Einschlüsse geraten und Ecken und Kanten sorgsam gearbeitet wird. Ergänzt sollte dieses noch durch den üblichen Ringdrän werden. 25

26 Dränplatten (Sickerplatten) Abb.: 11 Beispiel einer Dränplatte (aus FRÄNKISCHE 2002) Die Dränplatten lassen sich in zwei Hauptgruppen unterteilen. Die erste Gruppe besteht aus einer Verbindung von aufgeschäumten Polystyrolkugeln und einem bitumenhaltigen Kleber an den Berührungspunkten (Dränung in der Platte). Die Kugelstruktur gewährleistet ein hohes Porenvolumen > 29 %. Die Sickerplatten sind alterungsbeständig und verrottungsfest. Bei der zweiten Gruppe handelt es sich um expandierte Polystyrolplatten (EPS), bei denen durch eine Anbringung vertikaler Oberflächenstrukturen die Abflussleistung erzielt wird (Dränung auf der Platte). Durch ihr geringes Gewicht und die einfache Verarbeitbarkeit lassen sich bei beiden Gruppen gute Verlegeleistungen erzielen (FRÄNKISCHE 2002). 26

27 1.2.3 Vertikaldränage Ein System, bei dem die Ableitung des vorhandenen Bodenwassers, also die Dränung, vertikal zur Bauwerkswand erfolgt, wird als Vertikaldränage bezeichnet. Der Vertikaldränage steht die Flächendränage eines ganzen Gebietes gegenüber. Die Flächendränage wird häufig im Deponie- oder Straßenbau eingesetzt, wohingegen die Vertikaldränage ihre Anwendung in der Gebäude- und Bauwerkssicherung erfährt. Durch sie kann das Wasser, welches die Bauwerkswand gefährden würde, in eine dafür vorgesehene Dränleitung überführt oder aber bei günstigen Baugrundbedingungen in den Untergrund abgeleitet werden. Die Vertikaldränage ist als ein Teil der gesamten Bauwerkssicherung gegen Wasser zu sehen. Aus diesem Grund kann man ihren Schichtenaufbau nicht von der Abdichtung des Gebäudes trennen. Man muss das Gesamtsystem betrachten, auch mit dem Teil der mineralischen Filterschicht, die sich vor der eigentlichen Vertikaldränage befindet. Betrachtet man die Vertikaldränage als Teilstück der Gebäudesicherung gesondert, so stellt man fest, dass sie in verschiedene Gruppen zu unterteilen ist. Sie kann in verschiedene Bauformen (siehe Kap ) oder verschiedene Systeme gegliedert werden. Ein einzelner Schichtenaufbau ist abhängig von der jeweilig verwendeten Bauform. Bei einem Filterstein stellt dieser die einzige Schicht der Dränanlage dar. Wohingegen bei den Geotextilien eine Vielzahl an Kombinationen mit Trenn- und Filterschichten möglich ist. Diese Unterteilung wiederum in Verbindung mit den mineralischen Sicker- und Filterschichten sowie den Abdichtungsschichten stellt die verschiedenen Dränsysteme dar. Die hier aufgeführten Dränsysteme sind nur eine Auswahl der möglichen Verbindungen. Die Bauausführung der Dränsysteme richtet sich dabei nach den verschiedenen Lastfallannahmen des Wassers nach DIN Gegebenenfalls können noch zusätzliche Trennschichten am Dränelement angebracht werden. Bei anderen Bauformen der Dränelemente gibt es Systeme ohne Filtervliese. Der Hauptteil der Dränelemente jedoch, ist so gestaltet, dass Filtervliese ein- oder beidseitig angebracht sind. Die Anzahl der Filtervliese richtet sich nach dem Verwendungszweck. 27

28 1.3 Einwirkungen auf die Wirksamkeit von Dränelementen Die Wirksamkeit und Funktionstüchtigkeit der Dränanlage ist abhängig von den örtlichen Bedingungen und Gegebenheiten sowie den äußeren Einflüssen. Sie sind stark von Umwelteinflüssen sowie den geologischen und hydrogeologischen Verhältnissen geprägt. Durch verschiedene biologische, chemische und mechanische Einwirkungen kann es zu Einschränkungen der Wirksamkeit oder sogar zum Versagen der Dränelemente kommen. Durch einen fachgerechten Einbau, eine regelmäßige Wartung und die Verwendung geeigneter Materialien kann zwar die Wirksamkeit der Dränelemente nicht garantiert, aber das Auftreten von Gefahrenpotentialen für das Dränsystem minimiert werden Lokale Verformung des Sickerkörpers Bei der lokalen Verformung des Sickerkörpers wird auf die Verformung des sich im Bereich der Dränanlage befindlichen Erdreiches und der sich vor dem Bauwerk befindlichen mineralischen Sickerschicht eingegangen. Durch mögliche Bewegungen im Untergrund kommt es zur Verformung des Sickerkörpers. Die dadurch entstehenden Gleitflächen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Wirksamkeit des Sickerkörpers. Dieses kann zu Einlagerungen von Sperrschichten aus gering oder undurchlässigem Bodenmaterial in die Sickerschicht führen, welche Veränderungen in den Lastfallannahmen des Wassers nach DIN im Erdreich hervorrufen. So kann es beispielsweise zu einer Verschiebung von Lastfall II (nichtstauendes Sickerwasser) in Richtung Lastfall III (aufstauendes Wasser) durch auftretende Wasserlinsen im Bodenmaterial kommen. Aus diesem Grund sind geologische und hydrogeologische Voruntersuchungen unabdingbar Kriechverformung des Sickerkörpers Unter Kriechen versteht man die zeitliche Zunahme der Dehnung, wenn eine konstante Kraft angelegt wird (NORM EN ISO 899 1, 1993). Durch die Eigenlast des noch nicht stark verfestigten Bodenmaterials treten Setzungserscheinungen im Bereich des Sickerkörpers auf. Diese Belastungen können bei ungenügender Verdichtung des Materials Schäden an der Dränanlage hervorrufen. Durch Reibung zwischen dem Bodenmaterial und der Vertikaldränage kommt es durch Schubbeanspruchungen zu einer Stauchung im Fußbereich der Dränanlage. An den 28

29 Befestigungselementen der Dränschicht kommt es wiederum zu Zugbeanspruchungen. Dieses kann bis zu einem Abreißen der Dränelemente führen Einbaubeanspruchungen der Dränelemente Die Einbaubeanspruchungen sind in zwei Teilbereiche zu unterteilen. Im Teilbereich 1 ist von einer direkten Beanspruchung der einzubauenden Dränanlage auszugehen, da es hier zu Beschädigungen beim Anbringen der Dränelemente an die Bauwerkswand kommen kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass bei der Verbindung der Dränelemente mit der Wand die zwischenliegende Abdichtung nicht beschädigt wird. Eine solche Beschädigung kann durch die verwendeten Mauerwerksanker, die bei der Befestigung einer Noppenbahn benötigt werden, hervorgerufen werden. Im Teilbereich 2 kann es zu Einbaubeschädigungen durch nicht fachgerechte Verdichtung der Sickerschicht im Bereich der Dränanlage kommen. Es ist daher ein lagenweiser Einbau der Sickerschicht ohne sprunghafte Beanspruchungen zu empfehlen. Nur bei einem an die jeweilige Empfindlichkeit der Dränelemente angepassten Einbau entstehen keine Einbaubeschädigungen die eine Minderung des Ableitvermögens bewirken. Bei extremer Belastung ist eine bedeutende Reduktion des Wasserableitvermögens bis hin zur Zerstörung der Filter und Dränstruktur möglich (ZANZINGER / GARTUNG 1999) Anschlüsse an die Dränanlage Die Vertikaldränage an erdberührten Bauwerken kann durch zwei verschiedene Arten der Entwässerung realisiert werden. Bei ausreichender Sickerfähigkeit und hinreichendem Ableitvermögen des Wasserleiters, angeschlossen an die Gebäudedränanlage, kann gegebenenfalls auf einen entsprechenden Ringdrän um das Bauwerk verzichtet werden. Der übliche Anschluss an die Gebäudedränanlage besteht jedoch aus dem erwähnten Ringdrän. Sie sollte ausreichend dimensioniert und an den geforderten Stellen laut DIN 4095 mit Kontroll- und Spülschächten versehen sein. Der angeschlossene Ringdrän wird entweder in einen geeigneten Grundwasserleiter oder aber beispielsweise in einen vorhandenen Vorfluter abgeleitet. In beiden Fällen ist die Vertikaldränage durch eine Rückstausicherung zu schützen. Die Realisierung der Gebäudeanschlüsse der Vertikaldränage auf die Abdichtungsschicht erfolgt nach den Herstellerrichtlinien und richtet sich nach den unterschiedlichen Produkten. Bei geringmächtigen Dränverbundstoffen werden die Dränelemente überlappend eingebaut. Bei Dränverbundstoffen stärkerer Mächtigkeiten werden die aufkaschierten Filtervliese schon 29

30 so gefertigt, dass sie Überlappungsstöße bilden. Diese können verklebt, thermisch verfestigt oder mit den Mauerwerksankern an der Dränanlage angebracht werden. Am unteren Ende der Dränanlage sind diese so weit auszuführen, dass sie über die eigentliche Dränfläche hinausreichen und bis in die vorhandene Sickerschicht geführt werden. Die sich bildenden Hohlkehlen zwischen den Dränelementen und dem Anschluss Mauerwerk - Bodenplatte der Bauwerke sind so zu gestalten, dass sie einen schadensfreien Einbau der Dränanlage an dieser Stelle gewährleisten. So ist die entstehende Hohlkehle nach den gegebenen Herstellerrichtlinien mit Mörtel oder Beton auszubilden Chemische Einflüsse Vor dem Einbau einer Vertikaldränage sollten aufgrund möglicher chemische Einflüsse auf die Dränanlage, die Zusammensetzung und die Konzentrationen der einzelnen Inhaltsstoffe des Grundwassers bekannt sein oder gegebenenfalls ermittelt werden. Bei ausreichenden Konzentrationen von Kalk oder Eisen im Grundwasser, kann dieses zu Versinterungen (Kalkablagerung im Dränsystem) oder zu Verockerungen (Eisenablagerungen im Dränsystem) führen. Es kann jedoch auch bei sehr aggressiven Wässern, beispielsweise betonaggressiven Wässern nach DIN 4030 Beurteilung betonangreifender Wässer, Böden und Gase; Grundlagen und Grenzwerte, zu Kalkausfällungen kommen. Bei der Verwendung von Kalkgestein als mineralische Dränschicht kann der gleiche Effekt auftreten. Diese sind daher nicht als solche zu empfehlen. Die Versinterung des Dränsystems macht sich am stärksten an den Filter- und Dränschichten der Geotextilien bemerkbar. Um eine Versinterung der Geotextilien zu vermeiden oder zu minimieren, sind gegebenenfalls Materialien mit ausreichenden Öffnungsweiten im Filter und Dränsystem zu verwenden. Bei Karbonathärten 18 dh ( 180 mg/l CaO) und bei Veränderungen des Kalk- Kohlensäure- Gleichgewichtes im anstehenden Wasser ist immer mit dem Effekt der Versinterung zu rechnen. Ab einer Karbonathärte von 7 dh ( 70 mg/l CaO) ist im allgemeinen nicht mehr mit einer Verkalkung des Dränsystems zu rechnen. Die Kalkablagerungen im Dränsystem können sowohl in den Dränleitungen als auch in den Schlitzen der Dränrohre bei starken Turbulenzen in der Strömung, aber auch an Stellen mit niedrigen Fließgeschwindigkeiten auftreten. Verockerung ist das Ausfällen von ungelösten Oxidhydraten aus eisen- oder manganhaltigem Wasser. Der zunächst gallertartige, im Wasser schwebende Ocker lagert sich, nach Alterung und Dehydration, tapetenartig ab und verfestigt sich in Form von Ockerplättchen an den Schlitzen der Rohrwandungen. Die Verockerungsgefahr lässt sich 30

31 aus der Bestimmung des zweiwertigen Eisens (Fe ++ ) und des ph - Wertes des Bodens abschätzen. Der Schwellenwert der Ockergefahr liegt bei etwa 0,5 mg/l Fe ++ und einem ph Wert von 6. Eine Verringerung der Versinterungs- und Verockerungsgefahr ist lediglich durch einen Luftabschluss des Dränsystems erreichbar (MUTH / ZIMMERMANN 1997). Es ist daher genau zu prüfen, ob eine Bauwerksdränanlage bei starker Versinterungs- oder Verockerungsneigung überhaupt eingesetzt werden sollte. Es könnte durch starke Versinterungen oder Verockerungen auch ein gegenteiliger Effekt erzeugt werden. Durch zugesetzte Dränleitungen und den sich durch das anstehende Wasser erhöhenden Druck, wächst die Beanspruchung auf die Außenwand. Bei ständig anstehendem Wasser ist eine Veränderung der Abdichtung der Bauwerkswand schon beim Einbau der selben zu beachten. Die Betrachtung der Auswirkungen verschiedener Chemikalien auf Polypropylen und Polyethylen, die beiden am häufigsten verwendeten Rohstoffe für Geokunststoffe, basiert auf den TERRAM Geosynthetics Datenblättern, da diese hinsichtlich ihrer Vollständigkeit alle Bereiche der chemischen Einflüsse abdecken. Die Tabelle ist als Anlage I Auswirkungen verschiedener Chemikalien beigefügt Biologische Einflüsse Ein weiterer Faktor, der sich negativ auf die Dränanlage und ihre Funktionstüchtigkeit auswirkt, sind die biologischen Einflüsse. Unterteilt werden können sie in Einflüsse, die hauptsächlich durch das Einwachsen durch Pflanzen und durch Beschädigungen der Dränanlage durch Tiere entstehen. Die pflanzlichen Einwirkungen auf die Dränanlage beschränken sich hauptsächlich auf ein Zusetzen und damit eine Verminderung der Wasseraufnahme bzw. Wasserweiterleitung der Dränrohre. Durch Wurzelbildung werden die Schlitze in den Dränrohren verschlossen. Der im Dränrohr sich bildende Wurzelstrang verringert den Querschnitt des Dränrohrs und behindert somit einen reibungslosen Ablauf, so dass dieses zu Stauwasser in der Vertikaldränage führen kann. Bei einer Bepflanzung mit Stauden und flachwurzelnden Sträuchern ist die Gefahr nur gering, bei Bäumen sollte ein Abstand vom Gebäude von mindestens 6,0 m eingehalten werden (MUTH / ZIMMERMANN 1997). Bei einer Beschädigung durch Tiere kann man davon ausgehen, dass hierbei wohl vornehmlich Nagetiere einen negativen Einfluss auf die Filter- und / oder Trennschichten ausüben. Durch eine Zerstörung oder durch eine Beschädigung der Filter- und / oder Trennschichten, kann ein gewisser Teil der mineralischen Dränschicht oder des 31

32 umgebenden Bodenmaterials in die Dränleitungen infiltriert werden. Dieser Eintrag des Bodenmaterials in die Dränrohre hätte kürzere Spül- und Wartungsintervalle zur Folge, die sich negativ auf die Kostenseite der Dränanlage auswirken. Abhilfe würde hier die Verwendung von für die Nagetiere unattraktiven Materialien schaffen Alterungsschäden Durch den relativ neuen Einsatzzweig der Geokunststoffe im Bereich der Vertikaldränage gibt es noch keine hinreichenden Betrachtungen in Bezug auf die Alterungsschäden der Dränanlagen. Es können nur modellhafte Betrachtungen, aber kaum Überlegungen hinsichtlich einer dauerhaften Beanspruchung vorgenommen werden. Es gibt jedoch Versuche, die das Kriechverhalten von Geotextilien und geotextilverwandter Produkte betrachten. So wird etwa in der DIN EN 1897 Bestimmung des Kriechverhaltens unter Druckbeanspruchung auf diese Problematik eingegangen. Eine entsprechende allgemeine Norm für Vertikaldränagen gibt es jedoch nicht. 32

33 1.4 Bauschäden Die Bauschäden an den durch eine Dränanlage gesicherten Gebäuden können durch verschiedenartige Umstände verursacht oder begünstigt werden. Angesprochen werden hierbei lediglich Schäden, die im Bereich der erdberührten Bauwerkswände auftreten können. Die Einteilung wurde in verschiedene Teilgruppen vorgenommen, wobei zusätzliche Beanspruchungen, die hierbei nicht aufgeführt wurden, nicht ausgeschlossen werden können Schäden durch Wasser verursacht Der am häufigsten auftretende Schaden an einer Dränanlage wird durch ungenügende Sicherung oder Bemessung der Dränschicht gegen anstehendes oder eindringendes Wasser erzeugt. Beachtet werden muss daher genau, wie sich das Wasser hinsichtlich des Dränsystems verhält. Meist sind die angelegten Ringdräns nicht für die anfallenden Wassermengen dimensioniert oder durch äußere Einflüsse in ihrer Wirksamkeit eingeschränkt. Es wird teilweise mit einer zu geringen Abflussspende gerechnet oder es fehlt eine entsprechende flächenhafte Ableitung des anfallenden Wassers. Die Bauschäden durch Wasser treten hauptsächlich durch eine falsche Einschätzung der vorherrschenden Grundwassersituation auf. Eine Richtlinie, welche die Abflussmengen der Vertikaldränagen hinsichtlich der anstehenden Wassermengen liefert, gibt es nicht. Es ist jedoch in der DIN die Beschaffenheit der Gebäudeabdichtung, beispielsweise der kunststoffmodifizierten Bitumendickbeschichtung, für die einzelnen Wassermengen geregelt. Es werden nachfolgende Lastfälle unterschieden: Lastfall 1: Bodenfeuchte nach DIN Bodenfeuchte ist im Erdreich vorhandenes, kapillar gebundenes und durch die Kapillarkräfte auch entgegen der Schwerkraft fortleitbares Wasser. Die Bodenfeuchte ist als Mindestbeanspruchung im Boden immer vorhanden. Lastfall 2: Nichtstauendes Sickerwasser nach DIN Das nichtstauende Sickerwasser ist der Bodenfeuchte ähnlich. Es wird durch Niederschlag verursacht. Mit dem Lastfall des nichtstauenden Sickerwassers kann nur gerechnet werden, wenn der Baugrund bis zu einer ausreichenden Tiefe unter der Fundamentsohle und das 33

34 Verfüllmaterial der Arbeitsräume aus stark durchlässigen Böden, z.b. Sand oder Kies, besteht. Voraussetzung ist, dass die Böden für in tropfbarflüssiger Form anfallendes Wasser so durchlässig sind, dass es beständig von der Oberfläche des Geländes bis zum freien Grundwasserspiegel absickern kann und sich nicht vorübergehend, beispielsweise bei starken Niederschlägen, aufstaut. Dieses erfordert einen Durchlässigkeitsbeiwert des Bodens (kf) von mindestens 10-4 m/s. Die Feuchtigkeitsbeanspruchung liegt auch vor, wenn bei gering durchlässigen Böden eine Dränung nach DIN 4095 vorhanden ist, deren Funktionsfähigkeit auf Dauer gegeben ist. Lastfall 3: Aufstauendes Sickerwasser nach DIN Der Lastfall Aufstauendes Sickerwasser liegt vor, wenn Kelleraußenwände oder Bodenplatten mit Gründungstiefen bis zu 3,0 m unter GOK in wenig durchlässigen Böden und ohne eine Dränung nach DIN 4095 vorhanden sind. Weiterhin müssen Bodenart und Geländeform so beschaffen sein, dass nur Stauwasser zu erwarten ist. Der nach Möglichkeit langjährige ermittelte Bemessungswasserstand muss mindestens 300 mm unter der Unterkante der Kellersohle liegen. Lastfall 4: Drückendes Wasser nach DIN (Grundwasser) Gebäude bzw. Bauteile werden gegen drückendes Wasser abgedichtet, wenn sie Grundwasser oder Schichtwasser ausgesetzt sind. Der Lastfall Drückendes Wasser ist unabhängig von Gründungstiefe, Einbautiefe und Bodenart Planungsfehler Durch fehlende Dränanlagen an erdberührten Bauteilen kann es zu negativen Beanspruchungen an der Bauwerkswand kommen. Durch eine Wasseranreicherung vor der Bauwerkswand wird einerseits die Kohäsion des abzustützenden Erdreiches bzw. des Erdmaterials herabgesetzt. Dieses hat eine Erhöhung des Erddruckes auf die Wand zur Folge, andererseits kann sich durch den möglicherweise entstehenden Wasserstau an der Bauwerkswand der hydrostatische Druck an der Stützwand erhöhen. Im ungünstigsten Fall kann dieses zu einer Beschädigung der Stützwand führen. Das Fehlen notwendiger Bauteile ist ein weiterer Nachteil für eine funktionsfähige Bauwerksdränanlage. So kann bei einem fehlenden Ringdrän oder bei einem Fehlen der Dränleitungen, das gesammelte Wasser die Vertikaldränage nicht verlassen. Dieses hat die 34

35 selben Folgen wie das Fehlen der gesamten Dränanlage. Das gleiche Resultat tritt bei einer fehlenden oder defekten Rückstausicherung auf. Durch ein zu gering oder falsch ausgewiesenes Gefälle der Dränleitungen werden die selben Effekte erzeugt. Begünstigend kommt meistens noch hinzu, dass falsche oder unzureichende Materialien eingebaut werden (z.b. Filtermaterialien mit unzureichender Durchlässigkeit). Bei nicht durchdachter Verlegung oder bei fehlender Anordnung von Schutzschichten können die empfindlichen Dränanlagen gestört oder beschädigt werden, was ihre Leistungsfähigkeit einschränkt oder gar verhindert Schäden durch Material verursacht Die auftretenden Bauschäden, die durch minderwertiges Material, beispielsweise der Dränschicht oder der Dichtschichten an Gebäuden entstehen, werden hauptsächlich dadurch verursacht, dass es keine allgemeingültige Norm oder Festlegung über die Mindestfestigkeitswerte oder Materialeigenschaften der einzelnen Komponenten gibt. Die Dimensionierung hinsichtlich hydraulischer Leistungsfähigkeit, Filterstabilität, Scherverhalten und mechanischer Robustheit werden häufig nicht vorgenommen. 35

36 2 Bauschadensstatistik des IBW in Weimar Ausgangspunkt für die Erhebung einer Bauschadensstatistik war die Tatsache, dass die Baumängel und Bauschäden bei Neubauten und Sanierungen zunehmen. Es stellt sich somit die Erfordernis einer gezielten Bekämpfung der Ursachen der Entstehung von Bauschäden und mängeln. Mittels einer systematischen Bauschadensforschung zur Ursachenermittlung, Auswertung und Bestimmung von Präventivmaßnahmen sollen zukünftige Schadensbilder verhindert werden. Diese Aufgabe wurde vom Institut für Bauschadenforschung Weimar (IBW) in Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar und dem Expertenverbund Bauschäden durchgeführt. Die Hauptaufgabe unterlag der systematischen Erfassung und Analyse von Baumängeln und Bauschäden in der Zustandserfassungsstelle ZEBAS. Als Grundlage der statistischen Erhebungen dienten die Auswertungen und Analysen von Sachverständigengutachten öffentlich bestellter und vereidigter Bausachverständiger. Als zu untersuchende Objekte wurde die Einteilung in Neubauten und Sanierungsobjekte getroffen, als Erhebungszeitraum stellen sich die Jahre 1994 bis einschließlich 2001 dar. Diese befinden sich vollständig in einem Untersuchungsbereich im Freistaat Thüringen. 2.1 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) Die aufgenommenen Schäden wurden nach Baugruppen bzw. Bauteilen geordnet und ihr prozentualer Anteil an den Gesamtschäden ermittelt. Hierbei zeigt sich der starke Anteil an Schäden im Bereich Keller mit den dazugehörigen Gewerken der Dränung und Abdichtung. Mit 16,4 % stehen sie an dritter Stelle der Gesamtverteilung nach Baugruppen (Abbildung 12). In einem zweiten Schritt erfolgte die Unterteilung der jeweiligen Bauteil-Gruppen in Hauptgruppen. Als logischer Schluss wurden diese Hauptgruppen dann abschließend in Untergruppen in ihre entsprechenden Fehlerursachen aufgeschlüsselt. Ziel dieser Aufgliederung ist das Erkennen, Bewerten und Beurteilen der Schadensbilder und die zukünftige Bekämpfung der Ursachen der Entstehung von Bauschäden und -mängeln. 36

37 Außenwände Decken/Fußböden Keller/Dränagen/Abdichtungen Dächer Balkone/Terrassen Einbauelemente Innenwände Gründungen Außenanlagen Sonstige 1,3 2,2 2,8 6,0 7,7 8,8 11,0 16,4 18,6 25,2 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Verteilung [%] Abb.: 12 Gesamtverteilung der Schäden nach Baugruppen (nach ZEBAS) 2.2 Gesamtverteilung der Schäden nach Verursachung (nach ZEBAS 2001) Ebenso interessant wie die Gesamtverteilung nach Baugruppen ist die Tatsache, innerhalb welcher Zeiträume nach Baubeendigung Schäden und Mängel festgestellt werden. Innerhalb der ersten zwei Jahre treten 82,6 % aller Schäden auf, innerhalb von fünf Jahren sogar 96,9 %. Die Ursache hierfür ist in der hohen Zahl an Ausführungsmängeln, Planungsmängeln und Bauüberwachungsmängeln zu suchen. Hingegen wirken sich Materialfehler, natürlicher Verschleiß und Nutzungsfehler (treten erst nach mehreren Jahren auf) nur in geringer Prozentzahl aus. Ansatz für eine Vermeidung späterer Schäden und Mängel ist daher in den zuerst genannten Mängeln zu finden. In der Tabelle 2 und in der folgenden Abbildung (Abb. 13) ist die beschriebene Situation nochmals veranschaulicht. 37

38 Tab.: 2 Verteilung der Schadensverursachung (nach ZEBAS 2001) Schadensursache Prozentualer Anteil Materialfehler 4,3 % Natürlicher Verschleiß 5,7 % Nutzungsfehler 7,7 % Bauüberwachungsmängel 10,9 % Planungsmängel 17,8 % Ausführungsmängel 53,6 % 70 66,4 60 Häufigkeit [%] ,2 10 7,3 3,8 3,2 1,6 1,1 0, Zeit [a] Abb.: 13 Zeitpunkt der Mängel- und/oder Schadensfeststellung (nach ZEBAS) 38

39 2.3 Schadenserhebung bei Bauwerksabdichtungen und Dränanlagen Die Aufteilung der gesamten Schäden und Mängel in einzelne Bauteil-Gruppen spielt eine wichtige Rolle bei der Schadensanalyse. Diese Erweiterung der Statistik stellt eine Konkretisierung der Symptome dar und erleichtert somit die Handhabung des Themas. Eine genauere Aussage zu spezifischen Schadensursachen und ihrer Vermeidung kann getroffen werden. Da für diesen Bericht nur der Komplex der Bauwerksdränanlagen und der Bauwerksabdichtung entscheidend ist, werden die anderen Themengebiete nicht weiter berücksichtigt. In der nachfolgenden Tabelle 3 sollen die Mängel- und Schadensgruppen bei Dränanlagen und Abdichtungen aufgegliedert werden. Tab.: 3 Hauptschadensgruppen an den Bauteilen Abdichtung und Dränanlagen Gruppe Nr. Mangel / Schaden Gesamtanzahl Gesamt-% 1. Vertikale Abdichtung Bitumenbahn 73 9,32 2. Vertikale Abdichtung ,26 kunststoffmodifizierte Bitumendickbeschichtung (KMB) 3. Beschädigungen Bahnen und KMB 84 10,73 4. Horizontale Abdichtungen 83 10,60 5. Mauerwerkssperrbahnen 35 4,47 6. Sonstige Abdichtungen 38 4,85 7. Lastfallannahme ,77 8. Dränage Konstruktion 70 8,94 9. Dränage Ausführung , Spritzschutzstreifen 23 2, WU-Beton 17 2, Vertragsabweichungen 4 0,52 Summe:

40 3 Bewertungen von Richtzeichnungen für Dränsysteme Richtzeichnungen für Dränsysteme stellen einen wichtigen Teil der Betrachtung des Themas dar. Aus ihnen sind sowohl die Einbau- und Verarbeitungshinweise der einzelnen Firmen erkennbar, als auch die Fehler und die sich daraus ergebenen Probleme bei einer späteren Verwendung. Um einen Einblick in diese Thematik zu erhalten, wurde eine umfassende Datenerhebung durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der Firmen in diesem Bereich kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei der nachfolgenden statistischen Erhebung nicht alle Firmen berücksichtigt wurden. 3.1 Auswahl der Firmen Bei der durchgeführten Literaturrecherche zum Thema der Vertikaldränagen wurden 75 Firmen aus Deutschland und Europa befragt. Da jedoch nur einige dieser Firmen Geotextilien auch selbst herstellen, wurde aus ihnen eine Auswahl von 16 Unternehmen vorgenommen. Die ausgewählten Firmenkataloge wurden hinsichtlich ihrer angegebenen Richtzeichnungen zum Einbau und zur Verwendung der Dränelemente überprüft. 3.2 Richtzeichnungsfehler Anhand der Richtzeichnungen und Einbauvorschriften der Firmen wurden die nachfolgend aufgeführten Abweichungen untereinander und von den momentan gültigen Normen der DIN 4095 festgestellt. Zeichenfehler Darstellung der Richtzeichnungen zu sehr vereinfacht Ungenügende oder fehlende Beschriftungen Detailzeichnungen fehlen Geländeoberkante fehlt Oberkante Planum fehlt Darstellungen abweichend von der DIN 4095 Maßstab nicht angegeben Keine Darstellung des Gesamtsystems 40