Erdstatik: Verschiedene Berechnungsmodelle und Kennwerte im Überblick

Die Erdstatik setzt sich aus verschiedenen Berechnungsmodellen zusammen, die sich auf den Boden beziehen. Entscheidend ist hier, wie Boden als Baustoff zu werten ist und wie stark er mit Bauwerken belastet werden kann. Im Fokus steht die Statik des Bodens, die durch dessen Zusammensetzung sehr unterschiedlich ausfallen kann.

Vorwiegend findet die Erdstatik in Verbindung mit der Bodenmechanik sowie dem Grundbau Berücksichtigung. Grundlage ist die Bodenmechanik. Erst mit den Berechnungen in der Erdstatik ist der Grundbau möglich, da hier im Boden gebaut wird. Bodenmechanik, Erdstatik und Grundbau sind eng miteinander verbunden.

Erdstatische Berechnungen erbringen den nötigen Standsicherheitsnachweis für alle Kunst- und Erdbauwerke. Im Anschluss an die Berechnung ist die Definition zuverlässiger Belastungswerte möglich.

Bodenkennwerte sind Basis für die Berechnung

Zur Berechnung in der Erdstatik werden Bodenkennwerte als Grundlage genutzt. In der Erdstatik werden verschiedene Themen analysiert. So werden aktiver sowie passiver Erddruck ermittelt. Auch der Erdruhedruck spielt beispielsweise bei umfassenden Gutachten eine wichtige Rolle. Aktiver und passiver Erddruck werden von folgenden Parametern bestimmt:

  • Dichte,
  • innerer Reibungswinkel des Bodens
  • Kohäsion
  • Oberflächenabstand
  • Geländeneigung
  • eventuelle Auflasten

In der Erdstatik setzen wir uns intensiv mit der Druck- und Spannungsverteilung im Boden auseinander. Diese spielt insbesondere unter Einfluss von Fundamenten eine entscheidende Rolle. Weiterhin berechnen wir, wie sicher eine Fläche gegen eventuellen Böschungsbruch und Grundbruch abgesichert ist. Beim Böschungsbruch kann der Gleitkörper aus der vorhandenen Gleitfuge rutschen. Dadurch wird die Scherfestigkeit, die der Boden aufzuweisen hat, überschritten. Für den Böschungsbruch gibt es verschiedene Gründe:

  • Erschütterungen aller Art
  • zu großer Böschungswinkel oder zu große Böschungshöhe
  • Scherfestigkeit des Bodens ist zu gering
  • oberhalb der Böschung nimmt die Belastung zu stark zu
  • Wasserverhältnisse haben sich verändert

Wirkt zu viel Kraft auf den Boden ein, kann es zu einem Grundbruch kommen. Das heißt, der Boden bricht seitlich weg. In der Regel tritt ein Grundbuch direkt unter dem Fundament des jeweiligen Bauwerks auf. Hier wird der Boden jedoch entlang der Gleitfuge verdrängt.

Erdstatik setzt sich mit Tragfähigkeit auseinander

Die Erdstatik setzt sich intensiv mit der Tragfähigkeit einzelner Flächen auseinander. Wir berechnen hier, wie tragfähig Flächen- und Pfahlgründungen sind. Die Pfahlgründung stellt prinzipiell eine spezielle Form der Tiefgründung dar. Durch ihren Einsatz ist es möglich, die Tragwerklasten in tiefere Bodenschichten abzuleiten. Pfähle werden hier eingesetzt, um Bodengeschichten zu überbrücken, die entweder keine oder nur eine schlechte Tragfähigkeit aufzuweisen haben.

Eine wesentliche Aufgabe der Erdstatik ist die Standsicherheit von Baugruben. Abhängig von den Maßen kann es hier zu Unterschieden kommen. Weiterhin setzen wir uns in erdstatischen Berechnungen mit dem Sohlenwasser- und Porenwasserdruck auseinander, der auf Bauwerke bereits oder in Zukunft wirkt.

Für die Erdstatik werden verschiedene Grundlagen und Berechnungsgrundlagen verwendet. In den letzten Jahren haben sich folgende Verfahren etabliert:

  • Mohrscher Spannungskreis: veranschaulicht und untersucht den 2D-Spannungszustand von einem Teilchen nach einem Freischnitt
  • Gleitkreisberechnungen: dient der Standsicherheitsberechnung, wird vorwiegend bei Böschungen in der Geotechnik eingesetzt
  • Spannungstrapezverfahren: auch als Kragträgerverfahren kann, Berechnungsmethode aus der Baustatik basierend auf einer zweidimensionalen Methode
  • Bettungsmodulverfahren: beschreibt Systemkenngröße der Baustatik, berücksichtigt die Nachgiebigkeit des Baugrundes
  • Steifemodulverfahren: Kennwert in der Bodensetzungsberechnung, vorwiegend in der Bodenmechanik bekannt, Ermittlung erfolgt aus Kompressionsversuchen mit Ödometer

 

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