05. Fundation

(INFO)Fundationskonzept

Die Fundation ist ein Teil des Tragwerks (Bauwerks). Die Aufgabe der Fundation ist die Übertragung der Lasten des Bauwerks sowie dessen Verankerung in den Baugrund.

Von welchen Faktoren ist das Fundationskonzept abhängig?

(INFO)

Ziel

Die Aufgabe des Bauingenieurs ist es, das Fundament so zu konzipieren, dass möglichst nur gleichmässige Setzungen auftreten und die maximal zulässigen Spannungen nicht überschritten werden.

Risiken

Als Folge der Baulandverknappung werden heute Bauten auch auf Böden erstellt, die früher als ungeeignet galten. Die Gefahr von möglichen Setzungen darf dabei nicht unterschätzt werden. Eine geringe, gleichmässige Setzung ist für ein starres Bauwerk unproblematisch.

Folgen

Ungleichmässige Setzungen führen zu Verformungen des Bauwerks. Dies kann zu Schäden an einzelnen Bauteilen oder zum Kippen des ganzen Bauwerks führen. Eine geringe Schieflage des Bauwerks zieht meistens keine Bauwerksschäden nach sich, führt aber oft zu Abrissen bei Leitungsanschlüssen.

Lasten und Einwirkungen

Ordne die Bezeichnungen zu den Zahlen zu.

(vertikale Lasten) 

Eigenlast / Auflasten

Nutzlast

Schneelast

(horizontale Lasten)

Erd- und Wasserdruck, Erdbebenkräfte

Wind

(INFO)Übertragung der Lasten in den Baugrund

Lasten und Einwirkungen werden über Druck- oder Schubspannung (Reibung) in den Baugrund übertragen. Die auftretenden Druckspannungen dürfen den Baugrundwiderstand R (N/mm2) nicht überschreiten.

feinkörnige Böden (Silte, Ton)  0.06–0.20 N/mm2

mittelkörnige Böden (Sande)   0.15–0.60 N/mm2

grobkörnige Böden (Kiese)      0.30–0.60 N/mm2

(INFO)Lastausbreitung und Druckverteilung

(INFO)Erdbebengerechte Ausführung

Um eine erdbebengerechte Ausführung zu gewährleisten, müssen die Kräfte der Erdbebeneinwirkung über die gesamte Fundationsstruktur bis hin zur sicheren Abtragung in den Baugrund verfolgt werden. Ein besonderes Augenmerk ist dem Übergang der Erdbebenwände in die Untergeschosse und die Fundation zu schenken.

(INFO)Frosttiefe

Das im Boden vorhandene Wasser gefriert im Winter im Schweizerischen Mittelland bis zu einer Tiefe von 80–120 cm. Dieses Tiefenmass wird als Frosttiefe bezeichnet. Die Frosttiefe hängt von den lokalen klimatischen Verhältnissen und der Bodenbeschaffenheit ab.

Einteilung

Die Wahl der Fundationsart hängt von den folgenden Voraussetzungen ab:

- der Beschaffenheit des Baugrunds

- der Tragstruktur

- den Grund- und Hangwasserverhältnissen 

- dem Einfluss von Nachbarbauten

Ordne die Bezeichnungen zu den Zahlen zu.

Steifenfundamente

Plattenfundamente

Einzelfundamente

schwimmende Tiefenfundation

stehende Tiefenfundation

(INFO)Flachfundationen – Einzelfundamente

Anwendung

Einzelfundamente werden bei grossen punktuellen Lasten, z.B. bei Stützen und Pfeilern, verwendet. Sie sind nur anwendbar, wenn ungleichmässige Setzungen ausgeschlossen oder vernachlässigt werden können.

Konstruktive Details / Lastübertragung

Die Grösse der Grundfläche ist so zu wählen, dass die Druckspannungen unter den zulässigen Bodenspannungen liegen. Die Grundform ist nach Möglichkeit dem Lasten abgebenden Bauteil anzupassen. Dadurch wird eine möglichst gleichmässige Lastübertragung gewährleistet.

Baustoffe 

Es kommen bewehrter oder unbewehrter Beton zur Anwendung. Bei bewehrten Fundamenten wird für die Betonqualität im Sohlenbereich und zum Schutz der Bewehrung immer eine Sauberkeitsschicht aus Magerbeton eingebracht.

(INFO)EInzelfundament ohne / mit Bewehrung

(INFO)Flachfundationen – Streifenfundamente

Anwendung

Streifenfundamente werden bei Linienlasten, z.B. Wänden und Stützmauern, oder bei durchgehenden Fundamentstreifen unter Stützenreihen verwendet.

Konstruktive Details / Lastübertragung

Die Lasten in Längsrichtung der Wände werden gleichmässig auf das Fundament abgegeben. Die Bemessung der Fundamentbreite erfolgt pro Laufmeter. Die Fundamentbreite sollte nie unter 30 cm liegen.

Baustoffe 

Es kommen bewehrter oder unbewehrter Beton zur Anwendung.

Ordne die Bezeichnungen zu den Zahlen zu.

Keller

Geröllkoffer

Frosttiefe

Terrain

Sohle

Sauberkeitsschicht

(INFO)Flachfundationen – Plattenfundamente

Anwendung

Biegesteife Plattenfundamente werden ausgeführt bei:

- geringem Tragvermögen des Baugrunds

- ungleichmässigen Setzungen 

- Gefahr der Wassereindringung 

- Raumnutzung, die einen statisch festen Boden verlangt 

Konstruktive Details / Lastübertragung

Die Fundation besteht aus einer biegesteifen Bodenplatte und ist somit im Normalfall bewehrt. Um die Wasserdichtigkeit zu gewährleisten sowie Rissanzahl und -grösse zu minimieren, muss eine Minimalbewehrung eingelegt werden.

Baustoff

Es kommt bewehrter Beton zur Anwendung.

(INFO)Tiefenfundationen – Pfahlfundamente 

Anwendung

Sind die tragfähigen Schichten erst weit unterhalb der projektierten Untergeschosse aufzufinden oder sind die abzutragenden Lasten sehr gross, muss eine Tiefengründung ausgeführt werden. 

Konstruktive Details / Lastübertragung

Man unterscheidet:

- Stehende Pfähle Die Pfahlspitze steht auf einem tragfähigen Boden.

- Reibungspfähle Die Kraft wird über die ganze Pfahloberfläche durch Reibung auf das Erdreich übertragen

Pfahltypen:

- Ortbetonpfähle

- Vorfabrizierte Stahlbetonpfähle

- Holzpfähle

- Stahlpfähle

(INFO)

Ortbetonpfähle

Ortbetonpfähle werden direkt im Baugrund (Bohrloch, Rammloch) mit bewehrtem Beton hergestellt. Sie passen sich dem Baugrund optimal an und können so grosse Lasten übertragen. Die Ortpfähle sind nach dem Einbringen nicht sofort belastbar.

Vorfabrizierte Stahlbetonpfähle

Stahlbetonpfähle können in unterschiedlicher Geometrie angefertigt werden. Sie lassen sich gut mit dem Bauwerk verbinden, sind jedoch relativ schwer und erzeugen beim Rammen Lärm und allenfalls grosse Erschütterungen. Nach dem Einbringen sind sie sofort belastbar.

Holzpfähle 

Verwendet werden Rundhölzer aus Fichte, Kiefer, Lärche, Tanne und bei höheren Anforderungen auch Eiche. Sie sind an den Enden mit Stahlelementen versehen, um ein Aufspalten beim Einschlagen zu vermeiden. Rundholzpfähle lassen sich gut rammen und sind unempfindlich gegen aggressives Wasser. Um Fäulnis vorzubeugen, muss der oberste Teil des Holzpfahls immer mit mindestens 50 cm Wasser überdeckt sein.

Stahlpfähle

Die Stahlprofile weisen Träger-, Rohr- oder Kastenprofile auf. Stahlprofile sind beim Transport unempfindlich. Sie sind in unterschiedlichen Profilen erhältlich und können durch Schweissen verlängert werden. Stahlpfähle lassen sich gut und erschütterungsarm rammen.

Ordne die Bezeichnungen zu den Zahlen / Pfählen zu.

Stahlring oder Stahlkappe

bewehrter Betonpfahl

Stahlspitze

Überdeckung mit Wasser

Stahlpfahl

Holzpfahl

Ortbetonpfahl

(INFO)Setzungen

Man unterscheidet zwei mögliche Arten von Setzungen:

- gleichmässige

- ungleichmässige çSetzungen

Bei den ungleichmässigen Setzungen senken sich nicht alle Fundationsteile gleich stark und zur gleichen Zeit ab.

(INFO)Abdichtungstechniken

Anwendung

Wasser kann in Form von Bodenfeuchte, Sickerwasser oder stauendem Wasser (Grundwasser) auf das Bauwerk einwirken. 

Die Wahl der Abdichtung hängt ab von:

- der Wassereinwirkung, z.B. Hang-, Sicker-, Grundwasser

- der Beanspruchung des Bauwerks

- der Bodenbeschaffenheit

Flächige Dichtungssysteme

Zur Abdichtung von Aussenflächen kommen zwei Systeme zur Anwendung:

starre Dichtungssysteme:

mineralische Schlämme und Beschichtungen

flexible Dichtungssysteme:

Bitumen- oder Kunststoffbeschichtungen

Wannenausbildung

In der Regel wird die Fundamentplatte zusammen mit den seitlichen Wänden zu einer Wanne ausgebildet.

1. Wird auf der Aussenseite der Wand eine Polymerbitumen-Dichtungsbahn angebracht, spricht man von einer:

2. Übernimmt der Beton neben der tragenden Funktion auch die Abdichtung, handelt es sich um eine:

3. Erweiterungen der: (2.) mittels einer vollflächigen Dichtungsfolie bezeichnet man als: 

(INFO)Schwarze Wanne (Abdichtung)

In der Regel wird eine Abdichtung aus Polymerbitumen- oder Kunststoff-Dichtungsbahnen auf der Aussenseite des Gebäudes angebracht.

Weisse Wanne (wasserdichte Betonkonstruktion)

Grundwasserspiegel

Der Grundwasserspiegel muss während den Bauarbeiten unter die Fundamentsohle abgesenkt werden. 

Die zwei Hauptgründe sind:

- Das Arbeiten in der Baugrube ist dadurch erst möglich.

- Das Grundwasser kann das ganze Bauwerk anheben, solange die Auflast infolge Eigengewicht nicht grösser als die Auftriebskraft ist.

Ordne die Bezeichnungen zu den Zahlen zu.

Fundamentbodenplatte

Kelleraussenwand

aussen aufgeklebtes Fugendichtungsband

Baugrubensohle

Sauberkeitsschicht, Magerbeton

innenliegendes Körperfugenband

(INFO) Unterfangungen

Die Sohle der Kellergeschosse der Neubauten ist oft tiefer gelegen als die der Altbauten oder Nachbarbauten. Bei solchen Bauvorgängen ist eine Unterfangung und Sicherung der bestehenden Bauwerke unerlässlich, um eine Beschädigung oder einen Einsturz zu verhindern.

Mögliche Unterfangungen:

- etappenweiser Aushub des Baugrunds und Erstellen neuer Fundationen.

- Hochdruckinjektion in den Baugrund