Geotechnik im Bauwesen
Das Ziel der Geotechnik ist es, sowohl im Grundbau und bei Baugruben als auch bei der Planung neuer Gebäudekomplexe oder Straßen Bodenstabilisierungssysteme zu entwickeln, um den Menschen später vor Einbrüchen, Erdrutschen und anderen Gefahren des Bodens zu bewahren. Dazu zählen Bereiche wie die Stabilisierung des Bodens zu gewährleisten und zu verhindern, dass Erdrutsche oder Erdbeben auf das Gebäude, die Straße oder die restliche Umgebung einwirken. Sogenannte Geotechnik-Ingenieure stellen sicher, dass diese Gefahren verhindert werden und arbeiten als tragende Personen am Projekt. Sie befassen sich ebenso mit Unterwasserboden, zum Beispiel bei Schiffshäfen. Die Bereiche variieren je nach Ausrichtung. Basis in der Geotechnik bildet jedoch jeweils der Boden, Gesteinsmaterialien, die Erde und dessen Beschaffenheit.
Beginnend bei der Untersuchung des Untergrunds werden erste Bestandsproben genommen und Baugruben als Testgruben angesetzt, um Bohrungen zu entnehmen. Geotechnik-Ingenieure untersuchen dabei die Eigenschaften des gesamten Bodens auf Stabilität und ergründen Gesteinsschichten und Lufteinwirkungen sowie die chemische Zusammensetzung des Bodens und der Erde. Aufgrund dieser Untersuchungen können im Grundbau erste Bodenstörungen sowie Auswirkungen auf die Umwelt ausfindig gemacht werden. Es wird bestimmt, welche Gelände vorzubereiten sind, damit der Bau später auf stabilem Fundament aufgebaut wird.
Sind die ersten Grabungsarbeiten abgeschlossen, kann der Geotechnik-Ingenieur anhand dieser Untersuchungen beurteilen, wie stabil das Fundament sein muss, damit es das Konstrukt später problemlos trägt. Diese Konstruktion bestehe im Regelfall aus einem Mauerwerk, Beton oder Stahl und wird in den Gesteinsschichten verlegt. Anschließend hält die Konstruktion im Unterbau das Gewicht des Gebäudes beziehungsweise des geplanten Projektes. Damit genaue Entwürfe erstellt werden können, müssen die Projektarbeiter die Gesamtbelastung aller Baumaterialien, Personen und Innenräumlichkeiten, eben die Belastung des Gesamtbauwerkes, berechnen und die Lasten entsprechend verteilen. Da der Boden und die darunterliegenden Gesteinsschichten arbeiten und sich nach den Jahren verändern, muss die Konstruktion auch auf Witterungseinflüsse und Bodenbewegungen ausgelegt sein und Zeit haben, sich im Boden zu setzen. Ist der Projektstandort instabil, muss das Fundament umso komplexer und größer gebaut sein.
Damit man als Ingenieur in der Geotechnik tätig werden kann, muss in erster Linie ein gleichwertiger Berufsabschluss sowie ein Universitätsabschluss erworben werden. Viele der Studenten gehen in den Studiengang Bauingenieurwesen über und erhalten damit den Abschluss als anerkannter Ingenieur im selben Bereich. Um später geotechnische Arbeiten ausführen zu können, müssen die Studenten eine Lizenz als Berufsingenieur für Geotechnik und Bautechnik erwerben. Um eine solche Lizenz zu erwerben, wird eine mehrjährige Praxis eingefordert sowie die im Studium erworbene Ingenieurprüfung. Nur unter dieser Voraussetzung können erstklassige Arbeiten am Bau erledigt und die Sicherheit aller Menschen gewährleistet werden.
Erdstützstrukturen bewirken Stabilität
Damit der Grundbau und die Baugruben auf einem stabilen Fundament erbaut werden, entwickeln Ingenieure in der Geotechnik sogenannte Erdstützfundamente und Erdstützstrukturen für Gebäude, Tunnel, Straßen, Dämme und viele andere Projekte. Sobald sich die Erde etwas bewegt, sich anhebt oder sinkt, müssen Stützsysteme für Stabilität sorgen und verhindern, dass der Boden instabil wird oder einbricht. Eine gute Möglichkeit, um den Bau zu stützen, sind sogenannte Rammpfähle oder Raffhalter. Diese bestehen aus Stahlstiften und können auch lose Gesteinsabschnitte weitgehend stabilisieren. Es gibt auch temporäre Baukonstruktionen, die durch Rammpfähle oder Raffhalter zum Schutz der Bauarbeiter oder für Aushubarbeiten von Baugruben verwendet werden.
Rammpfähle sind in erster Linie vorgefertigte Fertigpfähle. Über diesen werden wirkende Kräfte weitere in die tiefgreifenden und tragfähigen Gesteinsschichten geleitet. Rammpfähle sind sogenannte Verdrängungspfähle, die nach speziellen Normen hergestellt werden. Sie sind zum Beispiel aus Holz oder Stahlbeton und Stahl und werden als Pfahlgründungen in der Regel aus Pfahlgruppen oder -reihen erzeugt. Rammpfähle werden wie folgt in die Erde eingebracht:
Einrammen mit Hydraulik oder Diesel
Einrütteln mit Hoch- und Niederfrequenz
Einschlagen durch Hydraulik oder Luft mittels Schnellschlag
Damit die Pfähle jeweils mit einem dieser Verfahren in die Erde eingebracht werden können, müssen Vorbohrungen oder Spülungen getätigt werden, die als sogenannte Einbringhilfen für den späteren Einsatz dienen.
Holzrammpfähle
Rammpfhäle aus Holz sind bis heute in Gebrauch, da sie vor allem im Grundwasser Bestleistung erbringen. Der Mensch baute diese schon vor Jahrhunderten direkt in das Wasser und konnte auf ein funktionsfähiges Fundament zurückgreifen.
Stahlpfähle
Heute werden vorwiegend Stahlpfähle verwendet, die sich besonders für starke und schwere Konstruktionen eignen. Sie werden in Gebieten mit unterschiedlichen Grundwasserständen verwendet, da sie nicht verrotten können.
Pfahlgründung als erstklassiges Instrument
Das Gründen mit einem Pfahl, insbesondere dem Holzpfahl, ist einer der ältesten Methoden des Bauwesens und heute noch gebräuchlich. Die Pfähle werden mithilfe der Pfahlgründung zusammen in die Erde eingebracht und legen somit ein stabiles Fundament für das Konstrukt, das auf die Pfahlkonstruktion gesetzt wird. Damit eine Pfahlgründung bemessen werden kann, muss der Widerstand des einzelnen Pfahls berechnet werden. Im Optimalfall sollte dieser bei einer Ersterprobung festgestellt werden, um den Widerstand auch praktisch zu testen. Gegenüber herkömmlichen Pfählen erreichen Rammpfähle bessere Werte bei Druck und Reibung unter der Erde, was wiederum bedeutet, dass das Tragverhalten besser ausgeprägt ist. Je besser die Verdichtung und je höher der Durchmesser, umso stabiler steht der Pfahl im Boden.
Ein professionell ausgebildetes Team und Ingenieure im Bauwesen erkunden die Lage vor Ort und stellen sicher, dass die Konstruktionen später auf sicherem Fundament erbaut werden. Dank der ausreichenden Vorplanung und der fachlichen Begutachtung werden Konstruktionsfehler im späteren Verlauf jedenfalls vermieden.
Der Grundbau als wichtigstes Fundament
Auch der Grundbau zählt in seinen Teilbereichen zum Bauingenieurwesen und ist einer der wichtigsten Vorarbeiten für den späteren Bau. Bauarbeiten eines Grundbaus finden in erster Linie unter der Oberfläche des Geländes statt und werden im Baugrund erarbeitet. Anders als bei den meisten Gesteinsarbeiten werden die Arbeiten des Grundbaus im Lockergestein getätigt. Ein Fachteam inspiziert die Lage vorab und setzt später anhand der Erststatik die Voraussetzungen für die Bodenmechanik sowie die theoretische und praktische Grundlage für den Grundbau. Die Ingenieure beschäftigen sich vorwiegend mit der Berechnung, der Planung, der Sicherung und Ausführung aller Gründungen und setzen Stützbauwerke, Baugruben und andere Baumaßnahmen ein. Die Bauaufgaben eines Grundbaus können dabei in fünf unterschiedliche Bereiche eingeteilt werden. Baufachexperten übernehmen erste Aufarbeitungen dieser Bereiche und sichern damit den Folgebau:
Erledigung von Tief- und Flachgründungen.
Sicherung der Geländesprünge mithilfe von Stützmauern, Verankerungen und Baugrubenwänden.
Altlastensicherungen bei Deponien.
Sicherung von Böschungsbrüchen mithilfe von Dämmen und Einschnitten.
Bauen von Hohlräumen bei Stollen, Schächten und Tunneln.
Zudem sind Ingenieure im Grundbau für den Verkehrswegebau, den Bau im Grundwasser, dem Hochwasserschutz und der Erstellung von Grundbauwerken tätig. Besonders bei Grundbauwerken hängen die Bauverfahren und Konstruktionen eng mit den Baugrundverhältnissen und den geothermischen Gegebenheiten zusammen. Spezielle Fachleute müssen demnach bei jedem Bau zum Einsatz kommen und gewähren den Einsatz erstklassiger Technologie je nach Bodenbeschaffenheit.
Planbar Baugrubensicherung
Die Sicherung von Baugruben ist ein wichtiger Schritt im geotechnischen Bereich der Gebäudeplanung. Besonders dort, wo Grundstückspreise hoch und nur in geringem Ausmaß vorhanden sind, will dieser bestmöglich ausgenutzt werden. Aus diesem Grund werden bereits bei der Planung mehrere Untergeschoße eingeplant, die weit in den Boden hineinreichen. Sobald die Rahmenbedingungen für einen derartigen Bau gegeben sind, kann ein solches Gebäude frei in Baugruben gesetzt werden. Werden Untergeschoße derartig errichtet, erfordert auch das erstklassige Baugrubensicherungsmaßnahmen, um den Schutz für die Menschen in späterer Folge zu gewährleisten.
Das Planungsbüro übernimmt dabei die Bemessung unterschiedlicher Baugrubensicherungen und gewährleistet grundlegende Beratung hinsichtlich der besten Sicherungssysteme sowie umfassende Beratung zur späteren Ausführungsplanung und die Baubegleitung an sich. Damit wird ein volles Leistungsspektrum abgedeckt, um den geotechnischen Erfolg des Projektes zu sichern. Oberstes Ziel ist es, einen reibungslosen Ablauf des Projektes zu gewährleisten und die Sicherung Baugrubensicherung herzustellen. Die Baugrube wird dabei vom Team ganzheitlich behandelt und betrachtet. Das eröffnet breite Möglichkeiten der Konflikterkennung sowie der Visualisierung möglicher Problemzonen. Sind diese entdeckt, können sie die Bauarbeiten später nicht mehr behindern. Aufgrund der umfassenden Sicherungsmaßnahmen sollten folgende Elemente beim Bau berücksichtigt werden.
Abböschung
Pfahlwände
Steinschlichtungen
Trägerwände
Diese Sicherungsmaßnahmen dienen dem Schutz des späteren Baukonstrukts und sind ausschlaggebend für die Sicherheit des gesamten Gebäudes. Nur mit einer hinreichenden Planung im Vorhinein kann die Baugrube entsprechend ausgehoben und die Sicherheit des Bauprojekts gewährleistet werden.
Das Bauwunder Geotechnik
Der Bereich der Geotechnik könnte umfassender nicht sein und ist besonders im Bauwesen ein signifikanter Teil zur Sicherung aller Gebäude, Straßen, Dämme, Tunnel und anderer Konstruktionen. Mithilfe von geotechnischen Ansätzen werden Projekte in ihrer Grund- und Bodenstruktur bewertet und bauen somit auf einem fixen Fundament in der Zukunft auf. Ingenieure und Planer sind mit der Berechnung wichtiger geotechnischer Eigenschaften beschäftigt, um Gebäude und Konstruktionen auch noch in vielen Jahren stabil und auch massivem Grund- und Boden stehen zu lassen. Dank des Fachwissens und der professionellen Vorarbeit wird die Sicherheit der Menschen gewährleistet.