Fachvortrag zu Böden und Baugrund im Gebiet des Emsästuars

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Michael Kaufman
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1 Fachvortrag zu Böden und Baugrund im Gebiet des Emsästuars von Dr.-Ing. Günter Tranel Eriksen und Partner GmbH - Oldenburg von Dipl.-Ing. Ralf Schmitz Schmitz + Beilke Ingenieure GmbH Oldenburg Landeskongress vom 25. bis 26. Juni 2014 in Leer / Ostfriesland

Teil I - von Dipl.-Ing. Ralf Schmitz 1. Die Emsregion - Ursprung und Entstehung 2. Typische Böden der Emsregion 3. Negative Mantelreibung 4. Seitendruck auf Pfähle 5.

2 Teil I - von Dipl.-Ing. Ralf Schmitz 1. Die Emsregion - Ursprung und Entstehung 2. Typische Böden der Emsregion 3. Negative Mantelreibung 4. Seitendruck auf Pfähle 5. Aufnahme des Frischbetoneigengewichtes 6. Wasserstand und seine Auswirkungen 7. Porenwasserüberdruck 8. Verformungsweg und Bettungsansatz Böden und Baugrund im Emsästuar 2

3 Teil II - von Dr.-Ing. Günter Tranel 1. Statische Auswirkungen aus den Böden der Ems 2. Beispiel Spundwände und Verankerungen 3. Beispiel Pfähle 4. Beispiel Baugrube in der Ems Böden und Baugrund im Emsästuar 3

4 1.1 Die Emsregion Ursprung und Entstehung Der von Ebbe und Flut beeinflusste Mündungsbereich der Ems in die Nordsee wird als Emsästuar bezeichnet von der Insel zum Ende des Tideeinschlusses Quelle: WWF Projektregion Ems Alke Huber Böden und Baugrund im Emsästuar 4

5 1.2 Die Emsregion Ursprung und Entstehung Blick auf das Sperrwerk in Gandersum trübes Wasser - Sedimente - Schwebstoffe erkennbar Quelle: NLWKN Böden und Baugrund im Emsästuar 5

2.1 Typische Böden der Emsregion Mineralische

rollig, weisen eine Lagerungsdichte auf -

Ton, Lehm, Geschiebelehm oder Geschiebemergel

(Konsistenz) - geringe Wasserdurchlässigkeit

6 2.1 Typische Böden der Emsregion Mineralische Böden Nichtbindige Böden Sande, Kiese - rollig, weisen eine Lagerungsdichte auf - wasserdurchlässig Torf Sand Bindige Böden: Ton, Lehm, Geschiebelehm oder Geschiebemergel - Anhangskräfte (Kohäsion) - Zustandsform (Konsistenz) - geringe Wasserdurchlässigkeit Geschiebelehm Sand Quelle: SBI Böden und Baugrund im Emsästuar 6

50 % Sandanteil geringe bis moderate Tragfähigkeit empfindlich bei Wassergehaltsänderungen empfindlich bei zyklischer / dynamischer

7 2.2 Typische Böden der Emsregion Weichschichten (durch Sedimentation) Klei Körnung vorwiegend aus Ton und Schluff hoher organischer Anteil, max. 50 % Sandanteil geringe bis moderate Tragfähigkeit empfindlich bei Wassergehaltsänderungen empfindlich bei zyklischer / dynamischer Einwirkung Schlick Ursprung des Kleis, deutlich höherer Wassergehalt quasi dickflüssiges Wasser Darg spezieller Torf vorwiegend aus Reet + anderen Pflanzen mit Klei, teilweise auch mit Wattsanden hoher Wassergehalt trocken nass Quelle: SBI Böden und Baugrund im Emsästuar 7

2.3 Typische Böden der Emsregion Weichschichten Torf:

unvollständig zersetzten Pflanzen neigt zu erheblichen

erheblich beeinflusst) Füllsand Klei Torf Torf Klei

8 2.3 Typische Böden der Emsregion Weichschichten Torf: organisches Sediment (Ablagerung) aus mehr oder weniger unvollständig zersetzten Pflanzen neigt zu erheblichen Verformungen geringe Tragfähigkeit (vom Wassergehalt erheblich beeinflusst) Füllsand Klei Torf Torf Klei Füllsand Torf Füllsand Quelle: SBI Böden und Baugrund im Emsästuar 8

9 2.4 Typische Böden der Emsregion Bohrprofile (vereinfacht dargestellt) B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 Auffüllung Klei Klei Klei Klei Klei Torf Torf Sand Klei Geschiebelehm Sand Sand Ton Böden und Baugrund im Emsästuar 9

10 3. Negative Mantelreibung Setzungen infolge zusätzlicher Auflast (z. B. Auf- oder Anschüttung) Relativbewegung zwischen Pfahl und Boden Boden hängt sich quasi an den Pfählen auf Pfähle werden in vertikaler Richtung zusätzlich belastet Auffüllung Pfahl Weichschicht tragfähige Schicht Böden und Baugrund im Emsästuar 10

4. Seitendruck auf Pfähle (Fließdruck) Biegebeanspruchung der Pfähle durch einseitige erhöhte Auflast Beispiel: - Auffüllungen neben Stützen - Hinterfüllung von Widerlagern - Aushub neben

11 4. Seitendruck auf Pfähle (Fließdruck) Biegebeanspruchung der Pfähle durch einseitige erhöhte Auflast Beispiel: - Auffüllungen neben Stützen - Hinterfüllung von Widerlagern - Aushub neben Pfahlgründungen 500 t Wichtige Kenngröße c U - Kohäsion, undräniert - Labor- oder Feldflügelsonde Pfahl Auffüllung Weichschicht tragfähige Schicht Quelle: Wikipedia Böden und Baugrund im Emsästuar 11

12 5. Aufnahme des Frischbetoneigengewichtes Eigengewicht des Frischbeton Begrenzung des Frischbetoneigengewichtes beachten Betonieren in mehreren Lagen 2. Lage (später) max. Betongewicht 1. Lage Auffüllung Pfahl weiche Schicht tragfähige Schicht Böden und Baugrund im Emsästuar 12

13 6.1 Wasserstand und seine Auswirkungen - Grundwasser - Schichten- und Stauwasser - Gespanntes Wasser - Bemessungswasserstand - Belastbarkeit der Wasserstandsmessung (Qualität des Brunnens) Unterschiedliche Wassermessstellen Auffüllung wasserundurchlässig Weichschicht Weichschicht wasserdurchlässig Sande / Kiese Böden und Baugrund im Emsästuar 13

14 6.2 Wasserstand und seine Auswirkungen Aufbruch der Baugrubensohle infolge gespannt anstehenden Grundwassers Druckhöhe Grundwasser Auffüllung wasserundurchlässig Weichschicht Weichschicht gespannt anstehendes Grundwasser wasserdurchlässig Sande / Kiese Böden und Baugrund im Emsästuar 14

15 7. Verformungsweg und Bettungsansatz - Hohe Verformungswege zur Aktivierung des Erdwiderstandes - Geringe seitliche Bettung - Pfahlböcke zur Aufnahme von Horizontalkräften Bruch Weichschicht Pfahl tragfähige Schicht Böden und Baugrund im Emsästuar 15

16 8. Porenwasserüberdruck belastete nichtkonsolidierte Böden Poren teilweise oder ganz mit Wasser gefüllt überschüssiges Wasser kann erst zeitlich verzögert aus den Poren ausgepresst werden bei geringer Durchlässigkeit des Bodens wird die Belastung zunächst vom Porenwasser getragen Beispiele mit unterschiedlich durchlässiger Weichschicht und Auflast mäßig wasserdurchlässig wasserundurchlässig Lastabtragung - Anfangszustand - Porenwasser + Korngerüst Lastabtragung - Anfangszustand - Porenwasser Ton Böden und Baugrund im Emsästuar 16

17 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 1. Einwirkungen auf Bauwerke aus den Böden der Ems - Negative Mantelreibung - Seitendruck - Porenwasserüberdruck - Auftrieb durch gespanntes Grundwasser - Weichschichten mit geringem Erdwiderstand aber auch - Angriff auf die Baustoffe Beton oder auch Stahl durch Inhaltsstoffe Böden und Baugrund im Emsästuar 17

18 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 2. Beispiel Spundwände und Verankerung Belastungen aus Porenwasserüberdruck infolge 2 m Zusatzlast Ohne PW dpw = (1-k ah ) x Auflast GW (2.00) /21.4 GW (2.00) / / g Zusatzdrücke / Boden delta Wasserdr. eph/eah [kn/m²] M [kn m/m] dpw [kn/m²] d (q+g),k d (q+g),k k ' k k c(a) k c(p) k Bezeichnung [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [kn/m²] aktiv passiv Auffüllung Klei Sande Boden k ' k k c(a) k c(p) k delta Wasserdr. eph/eah [kn/m²] Bezeichnung M [kn m/m] [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [kn/m²] aktiv passiv dpw [kn/m²] d (q+g),k d (q+g),k Auffüllung Klei Sande Profil länger und größer (Faktor 2 bei Moment) Böden und Baugrund im Emsästuar 18

19 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 2. Beispiel Spundwände und Verankerung Auswirkungen von Weichschichten /gespanntem Grundwasser auf den Erdwiderstand Ohne Weichschichten Mit Weichschichten / gespanntem Grundwasser GW (-1.00) / / GW (-1.00) / / / Boden delta Wasserdr. eph/eah [kn/m²] M [kn m/m] dpw [kn/m²] d (q+g),k d (q+g),k k ' k k c(a) k c(p) k [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [kn/m²] aktiv passiv Bezeichnung Auffüllung Klei Klei u.a Sande Boden delta Wasserdr. eph/eah [kn/m²] M [kn m/m] dpw [kn/m²] d (q+g),k d (q+g),k k ' k k c(a) k c(p) k [kn/m³] [kn/m³] [ ] [kn/m²] [kn/m²] aktiv passiv Bezeichnung Auffüllung Klei Klei u.a Sande Böden und Baugrund im Emsästuar 19

20 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 2. Beispiel Spundwände und Verankerung Zusatzbelastungen aus Setzungen (aus EA-Pfähle) Böden und Baugrund im Emsästuar 20

21 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners Schaden an einer Verankerung Böden und Baugrund im Emsästuar 21

22 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 3. Beispiel Pfähle Zusatzbelastungen aus negativer Mantelreibung (aus EA-Pfähle) Böden und Baugrund im Emsästuar 22

23 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 3. Beispiel Pfähle Biegung durch Seitendruck Geringe Stützung im Boden > Knicken der Pfähle Gefahren für die Integrität der Pfähle bei unsachgemäßem Betrieb Böden und Baugrund im Emsästuar 23

24 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners Durchgehende Bewehrung bei Pfählen in Weichschichten notwendig Böden und Baugrund im Emsästuar 24

25 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners 4. Beispiel Baugrube in der Ems Flusspfeiler der JBB, Leer Unterwasserbetonsohle notwendig > Einschluss Feinanteile Hohe Verformungen durch Wasserwechsel > Dichtigkeit Böden und Baugrund im Emsästuar 25

26 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners Undichtigkeiten durch Tideeinfluss oder Einschlüsse im UW-Beton Böden und Baugrund im Emsästuar 26

27 Baugrund aus der Sicht des Tragwerksplaners Böden und Baugrund im Emsästuar 27

28 Wir bedanken uns für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. Günter Tranel Eriksen und Partner GmbH - Oldenburg Dipl.-Ing. Ralf Schmitz Schmitz + Beilke Ingenieure GmbH - Oldenburg

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