2 Erschließen und Gründen des Bauwerks Gründung

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1 2 Erschließen und Gründen des Bauwerks Gründung Berechnungen am Fundament Statische Berechnung und Bemessung von Fundamenten ist die Aufgabe von Ingenieuren. In diesem Lehrbuch wird lediglich ein kleiner Einblick in dieses Gebiet unter sehr vereinfachten Bedingungen gegeben. Dies soll zum besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Belastungen, den Fundamentabmessungen und dem Sohlwiderstand beitragen. Den Sohldruck σ (Sigma) können wir aus der auf den Baugrund einwirkenden Kraft F und der belasteten Fläche A berechnen. Kraft F Sohldruck σ = F läche A σ in kn/m 2 Ist die Belastung größer als die Spannung, die der Baugrund aushalten kann, kommt es zu Setzungen. Um solche Setzungen möglichst zu vermeiden, darf der vorhandene Sohldruck σ E, d nicht größer als der jeweilige Bemessungswert des Sohlwiderstands σ R, d sein. Beispiel: Die Stahlbetonstütze im Untergeschoss des Reihenhauses wird mit 159,5 kn (= Bemessungslast) belastet. Sie soll ein quadratisches Fundament erhalten. Der Baugrund kann einen Sohldruck von 250 kn/m 2 aufnehmen. Welche Seitenabmessung muss das Stützenfundament erhalten? i σ E, d σ R, d Bei den Berechnungen am Fundament kann von folgenden Fällen ausgegangen werden: 1. Die Bauwerksbelastung unter Berücksichtigung der Sicherheitsbeiwerte (= Bemessungslast) und die Fundamentabmessungen sind bekannt. Hier muss nachgewiesen werden, dass der vorhandene Sohldruck gleich oder kleiner als der jeweilige Bemessungswert des Sohlwiderstands ist (= Spannungsnachweis). Beispiel: Das Streifenfundament unter der Mittelwand des Reihenhauses steht auf einem nichtbindigen Boden. Die Bemessungslast (einschließlich Eigenlast Fundament) beträgt 100 kn/m. Das Fundament hat eine Breite von 50 cm und weist eine Einbindetiefe von 50 cm auf. Der Spannungsnachweis ist durchzuführen. Lösung: Nach Tabelle (Tabellenanhang!) ist σ R, d = 280 kn/m 2 Kraft F 100 kn σ E, d = = = 200 kn/m 2 F läche A 0,50 m 1,00 m Der vorhandene Sohldruck ist kleiner als der Bemessungswert des Sohlwiderstands. 2. Die Bemessungslast und der Bemessungswert des Sohlwiderstands sind bekannt. Das Fundament soll in seiner Querschnittsfläche festgelegt werden. Fläche A Kr aft F σ R, d Lösung: Kraft F = 159,5 kn σ R, d = 250 kn/m 2 Fläche A = Kr aft F 159,5 kn = σ 2 2 = 0,638 m 2 50 kn/m R, d a = 0,6 3 8 m 2 = 0,799 m Seitenabmessung des Fundamentes 80 cm 3. Die Abmessungen eines Fundamentes und der Bemessungswert des Sohlwiderstands sind bekannt. Die Bemessungslast soll ermittelt werden. Bemessungslast F = Fläche A σ R, d Beispiel: Das Streifenfundament unter der Außenwand des Reihenhauses hat eine Breite von 50 cm und eine Einbindetiefe von 1 m. Das Fundament steht auf nichtbindigem Baugrund. Wie groß darf die Bemessungslast pro m Streifenfundament höchstens sein? Lösung: Fläche A = 0,50 m 1,0 m = 0,50 m 2 Nach Tabelle (Tabellenanhang!) ist σ R, d = 380 kn/m 2 max. Kraft F = Fläche A σ R, d max. F = 0,50 m kn/m 2 = 190 kn 61

2 2 Erschließen und Gründen des Bauwerks Entwässerung Entwässerungsplan Entwässerungsplan des Reihenhauses, Mischsystem (Maßstab 1: 50) Aufgaben: 1. Zeichnen Sie einen Entwässerungsplan für das Reihenhaus nach dem Trennsystem. (1:100) 2. Zeichnen Sie einen Entwässerungsplan bei veränderter Lage der Fallrohre nach dem Mischsystem. (1: 100) Baustoffbedarf Ermitteln Sie aus dem oben dargestellten Entwässerungsplan und den Projektplänen den überschlägigen Bedarf an a) Dränrohren DN 100, b) geraden Steinzeugrohren für die Grundleitung, getrennt nach Nennweiten, c) Abzweigen und Bogenstücken. 75

3 3 Mauern eines einschaligen Baukörpers Künstliche Mauersteine Mauerziegelarten nach DIN V /DIN EN Mauerziegel sind Bausteine zur Herstellung von Mauerwerk verschiedenster Art, d.h. für Sichtmauerwerk, verputztes Mauerwerk, Wärmedämmmauerwerk oder tragendes Mauerwerk. Deshalb werden Mauerziegel in vielen Abmessungen und Formen hergestellt. Zwei Gruppen von Mauerziegeln werden unterschieden: LD-Ziegel*: Mauerziegel zur Verwendung im geschützten Mauerwerk mit einer Ziegelrohdichte bis 1000 kg/m 3. HD-Ziegel**: Mauerziegel zur Verwendung im ungeschützten Mauerwerk, sowie Mauerziegel mit einer Ziegelrohdichte über 1000 kg/m 3 für geschütztes Mauerwerk. Vollziegel: HD-Ziegel, Kurzzeichen Mz, sind ungelochte und gelochte Ziegel. Die Lochung verläuft senkrecht und darf nicht mehr als 20% der Lagerfläche betragen. Hochlochziegel: LD- oder HD-Ziegel, Kurzzeichen HLz, mit senkrecht zur Lagerfläche verlaufender Lochung A, Lochquerschnitt 2,5 cm 2 oder Lochung B 6 cm 2, bzw. Lochung W, siehe Abbildung. Die Lochung erhöht die Wärmedämmwirkung der Mauerziegel und verringert die Ziegelrohdichte. Werden dem Ziegelrohstoff Poren bildende Stoffe zugesetzt, so beträgt die Rohdichte nur kg/m 3. Diese Ziegel sind als Hochlochblockziegel für Außenwände gut geeignet. Zur Vermörtelung sind Blockziegel mit Mörteltaschen ausgebildet. Blockziegel mit Nut-Feder-System, Zahnziegel genannt, werden ohne Stoßfugenmörtel verarbeitet. Vormauerhochlochziegel, HD-Ziegel, Kurzzeichen VHLz, auch mit strukturierter Oberfläche, sind Mauerziegel, deren Frostwiderstand durch Prüfung nachgewiesen ist. Verwendung für Sichtmauerwerk und Verblendmauerwerk. Wärmedämmziegel: LD-Ziegel, Kurzzeichen WDz, der Lochungsart W erfüllen erhöhte Wärmedämmungsanforderungen. Handformziegel: HD-Ziegel, sind Vollziegel mit unregelmäßiger Oberfläche, deren Gestalt von der prismatischen Form geringfügig abweichen darf. Ohne Kurzzeichen. Vollklinker, KMz, werden bis zur Sinterung, etwa bei 1450 C, gebrannt. Hohe Festigkeit, geringe Wasseraufnahmefähigkeit, hohe Frostbeständigkeit. In den Formaten DF und NF für Sicht- und Verblendmauerwerk. Mindestdruckfestigkeit 28 N/mm 2, für hochfeste Klinker 36 N/mm 2. Klinker dürfen durch Lochung eine Querschnittsminderung bis zu 15% haben. Hochlochklinker, KHLz, sind Klinker oder hochfeste Klinker mit senkrecht zur Lagerfläche verlaufender Lochung der Arten A oder B (siehe oben). Langlochziegel, Leichtlanglochziegelplatten: LD-Ziegel mit horizontaler Lochung. Vollziegel (Mz) Hochlochziegel mit Lochung A (HLzA) Hochlochblockziegel mit Lochung W (HLzW) Mauerziegel werden in LD- und HD-Ziegel unterteilt. Hochlochziegel sind vielseitig einsetzbar. Vormauerziegel werden auf Frostbeständigkeit geprüft. Klinker, bis zur Sinterung gebrannt, haben hohe Druckund Frostbeständigkeit * low density = niedrige Dichte; ** high density = hohe Dichte Mauern mit Zahnziegeln 85

4 3 Mauern eines einschaligen Baukörpers Feuchtigkeitsschutz i i L i i Feuchtigkeitsschutz Die meisten Schäden an Bauwerken sind auf ungenügenden Feuchtigkeitsschutz zurückzuführen, wie zum Beispiel nasse Keller, feuchtes Mauerwerk, Putzschäden, Ausblühungen, Betonabplatzungen durch rostende Betonstähle u.a. Um derartige Schäden an unserem Reihenhaus zu vermeiden, muss die Bauwerksabdichtung gegen Feuchtigkeit bis ins kleinste geplant und mit großer Sorgfalt ausgeführt werden Abdichtung gegen Bodenfeuchtigkeit In nicht unterkellerten Gebäuden werden waagerechte Abdichtungen in Außen- und Innenwände eingebaut, in Außenwänden 30 cm über dem Gelände. Alle vom Boden berührten Außenflächen werden gegen Feuchtigkeit abgedichtet. Der Fußboden erhält eine waagerechte Abdichtung oder unter dem Boden eine 15 cm dicke Schicht aus grobkörnigem kapillarbrechenden Material (Kies, Schotter). In unterkellerten Gebäuden wird der Boden durch eine kapillarbrechende Schicht von 15 cm geschützt. Zwischen diese Schicht und dem Betonboden wird eine Trennlage, z.b. PE-Folie eingelegt. Gemauerte Kelleraußenwände erhalten in der Regel zwei Abdichtungen, direkt über dem Kellerfußboden und auf der Erdgeschossrohdecke. Die senkrechte Abdichtung soll 10 cm über den Fundamentvorsprung herabgezogen werden. Als Spritzwasserschutz kann ein Zementputz oder eine Dichtungsschlämme aufgebracht werden. Kellerwände erhalten zusätzlich eine Ringdränung, wenn der Boden wenig durchlässig ist. Alle vom Boden berührten Außenflächen sind gegen Feuchtigkeit abzudichten Abdichtungsstoffe Für die waagerechte Wandabdichtung werden Bitumendachbahnen, Dichtungsbahnen, Dachdichtungsbahnen oder Kunststoffbahnen verwendet. Zur Abdichtung von Außenwandflächen verwendet man Bitumendickbeschichtung, Spachtelmasse oder Asphaltmastix. Mauerwerksflächen müssen zum Aufbringen der Abdichtung voll und bündig verfugt werden. Zusammenfassung Viele Bauschäden sind auf mangelhaften Feuchtigkeitsschutz zurückzuführen. Der Schutz gegen Bodenfeuchtigkeit erfolgt durch waagerechte Abdichtungen in den Wänden und Fußböden, ferner durch senkrechte Abdichtungen an allen vom Boden berührten Außenflächen. Für die Abdichtung werden Bitumenbahnen, Kunststoffdichtungsbahnen, Bitumendickbeschichtung, Asphaltmastix und Spachtelmassen verwendet. 116 Spritzwasserschutz: Dichtungsschlämme, + Sockelputz PIII 30 waagerechte Abdichtungen Abdichtung nicht unterkellerter Gebäude Estrich Wärmedämmung Bodenplatte Trennschicht (PE-Folie) kapillarbrechende Schicht Abdichtung einer Untergeschoss-Umfassungswand aus Mauerwerk gegen Bodenfeuchte/nicht stauendes Sickerwasser Aufgaben: 1. Welche Möglichkeiten kennen Sie, die Untergeschossaußenwände unseres Reihenhauses gegen Bodenfeuchtigkeit zu schützen? a) als Betonwand b) als gemauerte Wand 2. Welche Stoffe können für die Abdichtung unseres Reihenhauses gegen Bodenfeuchtigkeit Verwendung finden? 3. Welche Folgen hat mangelhafter bzw. fehlerhafter Feuchtigkeitsschutz? 4. Warum lassen sich Fehler und Versäumnisse beim Feuchtigkeitsschutz nachträglich nur sehr schwer und kostenaufwendig beheben?

5 4 Herstellen eines Stahlbetonbauteils Verbundwirkung Durch das Zusammenwirken der Längs- und Querschubkräfte entstehen im Beton, besonders im Auflagerbereich, schräg gerichtete Zugkräfte. Die durch sie hervorgerufenen Spannungen werden als Schubspannungen bezeichnet. Der Beton kann diese Schubspannungen infolge seiner geringen Schubfestigkeit nicht aufnehmen. Wenn eine entsprechende Stahlbewehrung fehlt, verursachen die Schubspannungen Risse im Auflagerbereich. Zur Aufnahme der Schubspannungen müssen Stahlbetonbalken eine Schubbewehrung erhalten, deren größter Teil im Auflagerbereich zusammengefasst ist. Die Schubbewehrung besteht aus Bügeln und Schrägstäben. Die Bügel, die im Auflagerbereich enger angeordnet werden als im übrigen Balkenteil, umschließen die Zugbewehrung und werden im Beton der Druckzone des Balkens verankert. Die Schrägstäbe werden aus der Zugbewehrung im Allgemeinen unter einem Winkel von 45 zur Balkenlängsachse aufgebogen, sodass sie etwa senkrecht zur zu erwartenden Rissrichtung verlaufen und im Beton der Druckzone verankert werden können. Zur Befestigung und Anordnung der Bügel werden in der Druckzone Montagestäbe eingebaut. Einzelbügel werden heute fast ausschließlich durch gebogene Betonstahlmatten ersetzt. Bewehrung eines Stahlbetonbalkens Beim belasteten Stahlbetonbalken treten Druck-, Zug- und Schubspannungen auf. Druckspannungen werden vom Beton, Zug- und Schubspannungen vom Stahl aufgenommen. Die Zugbewehrung muss stets in der Zugzone liegen. Zur Aufnahme der Schubspannungen in Stahlbetonbalken dienen Stahlbügel und Schrägstäbe. Schubbewehrung Zusammenwirken von Stahl und Beton i Verbundwirkung Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff, der aus Stahl und Beton hergestellt wird. Zwischen beiden Ausgangsstoffen muss eine feste Verbindung bestehen. Sie wird durch die Haftung des Stahls im Beton hergestellt und beruht auf Adhäsion. Durch die Haftung kann so der Beton die in ihm auftretenden Zugspannungen auf den Stahl übertragen. Die Haftung hängt im Wesentlichen von der Gestaltung der Stahloberfläche ab. So besitzen gerippte und profilierte Stähle eine bessere Haftung als glatte Stähle. Die Verankerung der Bewehrungsstäbe im Beton ist für eine sichere Aufnahme der Kräfte ganz entscheidend. Sie kann durch eine Verankerung am Stabende erfolgen. Möglich sind gerade Stabenden, Haken, Winkelhaken und Schlaufen mit oder ohne angeschweißte Querstäbe. Die Verankerungslänge muss nach DIN EN genau berechnet werden. Versuch: Es wird ein Stahlbetonbalken hergestellt. Die Stäbe werden vor dem Betonieren satt mit Schalöl eingerieben. Nach der Erhärtung wird der Stahlbetonbalken über zwei Auflagern mittig belastet. Beobachtung: Bei steigender Belastung entstehen an der Balkenunterseite Risse. Betonteile platzen ab, die Stähle liegen frei; sie biegen sich durch. Ergebnis: Der auf der Stahloberfläche haftende Schalölfilm verhindert den Verbund zwischen Stahl und Beton. Der Beton kann daher die Zugspannungen infolge unzureichender Haftung nicht auf den Stahl übertragen. Verankerung der Stähle Unzureichende Haftung der Stähle Der Verbund wird also nur dann erreicht, wenn die Stahloberfläche von Schmutz, Fett, Öl und losem Rost frei ist. Das Einsprühen der Schalungshaut mit Schalöl hat deshalb stets vor dem Einbringen der Bewehrung zu erfolgen. Verunreinigungen auf der Stahloberfläche verhindern eine ausreichende Haftung zwischen Stahl und Beton. 150

6 6 Beschichtungen und Bekleidungen Abdichtungen L i Abdichtung unterkellerter Gebäude gegen Bodenfeuchtigkeit/ nicht stauendes Sickerwasser Mit Bodenfeuchte ist immer zu rechnen. Eine vergleichbare Belastung der erdberührten Bauteile entsteht durch das von Niederschlägen herrührende, nicht stauende Sickerwasser. Mit dieser Belastung darf nur gerechnet werden, wenn das Baugelände bis unter die Fundamentsohle und das Verfüllmaterial der Arbeitsräume aus durchlässigen Böden (Sande oder Kiese) bestehen. Bei wenig durchlässigen Böden ist eine Ringdränung nach DIN 4095 vorzusehen, deren Funktionsfähigkeit auf Dauer gegeben ist. Für die Kelleraußenwände unseres Projekts ist Stahlbeton vorgesehen. Bei entsprechender Betongüte ( C16/20) ist aufsteigende Feuchtigkeit in den Umfassungswänden auszuschließen; deshalb kann in der Regel auf den Einbau waagerechter Abdichtungen verzichtet werden. Die erdberührten Wandaußenflächen erhalten eine Abdichtung aus Spachtelmasse oder mindestens zwei Anstriche aus Bitumenemulsion. Glatt geschalte Betonflächen können direkt beschichtet werden. Der Spritzwasserschutz im Sockelbereich wird durch Dichtungsschlämme (MDS) und Putz PIII bis 30 cm über Gelände gewährleistet. Eine waagerechte Abdichtung etwa 30 cm über dem Gelände ist immer erforderlich. Die Arbeitsfuge zwischen Fundament und Wand kann durch einen senkrechten Blechstreifen gesichert werden. Bei geringen Anforderungen an die Nutzung der Untergeschossräume wird der Fußboden durch eine kapillarbrechende Schüttung von mindestens 15 cm Dicke unter der Bodenplatte gegen Feuchtigkeit geschützt. Gemauerte Kelleraußenwände erhalten mindestens zwei waagerechte Abdichtungen. Die untere Abdichtung wird etwa 10 cm über dem Kellerfußboden, die obere etwa 30 cm über dem Gelände angeordnet. Bei den Innenwänden kann die obere Abdichtung entfallen. Die Kellerdecke muss mit ihrer Unterfläche mindestens 5 cm über der oberen waagerechten Abdichtung liegen. Liegt die Kellerdecke tiefer, so wird eine dritte waagerechte Abdichtung erforderlich. Die Abdichtung der von Boden berührten Außenflächen muss bei gemauerten Kellerwänden besonders sorgfältig erfolgen. Es werden bitumenhaltige Spachtelungen oder aufgeklebte Dichtungsbahnen verwendet, die am Fundament in eine Hohlkehle übergehen. Neben der Ringdränung ist vor allem auf die senkrechte Dränschicht vor der Wand (Dränplatten, Noppenfolie, Welltafeln) zu achten. Gebäude werden durch waagerechte Abdichtungen gegen das Aufsteigen von Feuchtigkeit geschützt. Ferner werden alle vom Boden berührten Außenflächen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet. An den Boden grenzende Fußböden von bewohnten Räumen müssen abgedichtet werden. Räume mit geringeren Anforderungen an die Nutzung werden durch eine kapillarbrechende Schüttung gegen aufsteigende Feuchtigkeit geschützt. Abdichtung unterkellerter Gebäude (gegen Bodenfeuchtigkeit) 232