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1
Bauhaus-Universität Weimar
Ursachen und Indikation von Setzungsschäden an Gebäuden
Prof. Dr.-Ing. K. J. Witt
RWE Power AG Sachverständigenkolloquium 6. März 2013
Schloss Paffendorf
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2
Ursachen und Indikation von Setzungsschäden an Gebäuden
• Einführung
• Setzungen und Hebungen
• Einwirkungsbedingte Ursachen Laständerungen
Erschütterungen
• Widerstandsbedingte Ursachen Schrumpfen / Quellen
Aufweichen
Zersetzung/Verwitterung
Erosion
• Zusammenfassung Schiefer Turm von Dausenau Neigung 5,24°, Überhang 2,46 m
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3
5°
Ursachen und Indikation von Setzungsschäden an Wohngebäuden
Der schiefe Turm von Paffendorf
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4
Setzungen
sEds se D
=×=
Kompression durch Zusatzlast Schrumpfen von Böden Vernässung bindiger Böden Bodenentzug, Erosion Grundwasserabsenkung Zersetzung organischer Anteile
DFs =
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5
Hebung
Quellen bindiger Böden Frost
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6
Verträglichkeit von Relativsetzungen
DIN EN 1992 (Eurocode 2): Setzungen sind Einwirkungen
b
tan bmax= 1/150 ; bmax = 0,38°
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7
Verträglichkeit von Relativsetzungen
Potentieller Schaden Bjerrum, 1963 bmax Grenzwert Mauerwerk, Risse in Wand 1/150
Gefährdung der Struktur, allgemein 1/150
Erkennbare Neigung bei hohen Gebäuden 1/250
Risse in tragenden Wänden 1/300
zuverlässige Rissvermeidung 1/500
Strukturprobleme ausgesteifter Rahmen 1/600
Fundamentabstand 6 m: 1/150 ® Ds = 40 mm
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8
Verträglichkeit von Relativsetzungen
Grenzwerte EC Standardisierung Größe Zielwert Streifenfundament < 50 mm
Zielwert Einzelfundament < 25 mm
Größte Setzung Einzelfundamente 50 mm
Größte Relativsetzung Einzelfundamente 20 mm
Relativsetzung Rahmen, flexible Wände/Fassade 10 mm
Größte Schiefstellung 1/500
Fundamentabstand 6 m 1/500 ® Ds = 12 mm
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9
Analyse der Ursachen von Setzungsschäden
... Grundsätzlich ist das Gebäude in seiner Gesamtheit zu betrachten, die Interaktion der Tragstruktur mit dem Baugrund. Denn die Ursache von Setzungsschäden ist nie allein der Baugrund, sondern immer die wechselseitige Beeinflussung von Gründung und Bauwerk. Am Anfang steht die Analyse der Tragstruktur der Risse in ihrer lokalen und zeitliche Ausprägung
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10
Setzungen infolge Zusatzlast
Steifemodul
Setzung
Es =DD
se
sE
dii
is= å Ds
z.B.: Kies.. Es = 80-150 MN/m²
Lößlehm Es = 8-15 MN/m²
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Setzungen infolge Zusatzlast Lastausbreitung unter Streifenfundament
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12
Setzungen infolge Zusatzlast
Boden
Es =DD
se
Steifemodul
Normalspannung log s [kN/m²]
Deh
nung
e
= Dh
/h0
[-] Konsolidationsspannung s0
= Primärspannung
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13
Boden
log s [kN/m²]
Pore
nzah
l e [-
]
s0
e0
tana = Cc
00
'logss
×-= cCee
0
'ss
=OCR
Setzungen infolge Zusatzlast
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Setzungen infolge Zusatzlast und Spannungsänderungen
14
Ursachen von Zusatzlasten/Entlastungen
• Nutzungsänderungen im Bauwerk • Erhöhte äußere Einwirkungen, Wind/Schnee • Alterung der Tragstruktur • Setzungen benachbarter Fundamente • Nachbarbebauung • Abgrabungen §909 BGB
• Grundwasserabsenkung, Grundwasseranstieg
® ... alles hat seine Wirkung
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Setzungen infolge Erschütterungen
15 http://www.bvfs.at/htm/u/Sch_ers.htm
durch benachbarte Baumaßnahmen durch Verkehr durch Maschinen Effekt
Aufhebung effektiver Spannungen, Trägheitskräfte Akkumulation plastischer Deformation, Verflüssigung
problematisch vorwiegend nichtbindige Böden
DIN 4150-3:1999-02 : Erschütterungen im Bauwesen - Teil 3: Einwirkungen auf bauliche Anlagen
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Setzungen infolge Zusatzlast oder Erschütterungen Indikation
16
Es besteht kein grundsätzliches Tragfähigkeitsproblem Verbreiterung der Fundamente (vorher) Akzeptieren der Setzungen nach Abklingen (nachher) Hebungsinjektionen (nachher)
Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen. Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
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17
Schrumpfen und Quellen bindiger Böden bodenmechanische Effekte
Saugspannungskurve
Wassergehalt w
Volu
men
V
null- rest- - normal- struktur-
schrumpfen
Schrumpfgrenze: DIN 18122
volumetrisch
wP
wL
Saug
span
ung
u
6 kPa
30 kPa
1585 kPa
1000 MPa
Ton
Schluff pF = 1,8
pF = 2,5
pF = 4,2
0,35
0,55
e [-]
SR = 1,0
DPr = 97 % d
DPr = 97 % w
0,18
UM - TL
Wassergehalt w
Zeh R., 2007: Die Zugfestigkeit bindiger Böden als Kriterium der Rissgefährdung mineralischer Oberflächenabdichtungen Schriftenreihe Geotechnik Weimar, Heft 16
Ds
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18
Schrumpfen und Quellen bindiger Böden zyklische Effekte
Schrumpfen ev > eh
Dsh sh
Dev
sv
Deh
Dsv
Quellen eh > ev
Dev
sv
Deh
Dsv
Dsh sh
Bodenphysikalische Ursache
Thermisch induzierte Feuchteschwankungen Feuchteentzug durch Vegetation ® SR nimmt ab Bewässerung durch Infiltration ® SR nimmt zu
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19
Schrumpfen und Quellen bindiger Böden sensible Böden
Tongehalt
< 0,002 mm [%] Plastizitätszahl I P= wL – wP [%]
Quell- Schrumpfpotential
Gruppe
> 60 > 35 Sehr hoch TA, OT > 50 > 25 hoch TM, TA < 30 < 30 mittel TM, OU < 20 < 12 gering TL, UL, SU
Quellen sulphathaltiger natürlicher Böden und Recyclingbaustoffe
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20
Temperaturverlauf im Boden 30-jähriges Mittel
0
1
2
3
4
2,0 7,0 12,0 17,0 22,0Bodentemperatur in °C
deno
berfl
äche
Januar Juli
April Oktober
November Mai
Wetterdaten DWD, Düsseldorf
8,3° 14,3°
9,4° 13,3°
Temperatur-Gradient ca. 2°/ m Tief
e un
ter G
OK
[m]
Scholz-Sohlbach, K., 2004: Thermische Effekte der tiefgründigen Bodenstabilisierung mit Branntkalk-Boden-Säulen Schriftenreihe Geotechnik Weimar, Heft 12
Bodentemperatur [°C]
Thermisch induzierter
Feuchtefluss
Schrumpfen Quellen
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Trocknen bindiger Böden
21 Wassergehalt w [%]
Ton Plessa, TM
ev = 6 %
Dw = 7 %
wL = 44,9 %
wP = 21,3 %
wS = 14,3 %
Troc
kend
icht
e r d
[g/c
m³]
DPr
DPr
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22
Thermisch und spannungsinduzierter Feuchtefluss Ursache
HOHER SAUGSPANNUNGSGRADIENT ZUR TROCKENEN ZONE
Eventuell Feuchteentzug durch Vegetation
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23
Feuchteentzug durch Vegetation Beispiel
Wohnhaus
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24
Feuchteentzug durch Vegetation Beispiel
Wohnhaus
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25
Feuchteentzug durch Vegetation sicherer Abstand ?
ü ?
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26
Feuchteentzug durch Vegetation
Sicherer Mindestabstand [m] Weide 30
Pappel 25
Roßkastanie 20
Esche, Linde, Ahorn 17
Buche 13
Obstbäume, Kirsche, Apfel, Weißdorn 10
Bullivant, R. A. u. Bradbury, H. W.1996: Underpinning. Blackwell Science
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27
Feuchteentzug durch Vegetation sicherer Abstand
45°
Faustregel
Mindestabstand = Baumhöhe
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28
Schrumpfen und Quellen Indikation
Strategie Vermeidung von unverträglichen Feuchteschwankungen in der Lastzone der Gründung
Tiefergründung traditionell (DIN 4123)
Hebungsinjektion nach Schrumpfen
Bewässerung bei Schrumpfen
Nachgründung mit Pfählen (bei Quellen zugfeste Verbindung)
Wurzelsperre bei Vegetationseinfluss
Entfernen oder Rückschnitt der Vegetation
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29
Schrumpfen und Quellen Indikation
Kurzer Balken
(Außen)
Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen. Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
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Quellen natürlicher Bodenschichten
30 http://www.fauststadt-staufen.de/enlargeit/img/rettung-der-stadt/staufenbriefmarke.jpg
(Erd-) wärmende Grüße aus Staufen im Breisgau
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Vernässung schwach bindiger Böden Ursache
31
FALSCHE DRÄNAGE DEFEKTE ABWASSERROHRE
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32
Ton Plessa, TM
Troc
kend
icht
e r d
[g/c
m³]
Wassergehalt w [%]
wL = 45 %
wP = 21,5 %
wS = 14,3 %
Vernässung schwach bindiger Böden
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33
Vernässung schwach bindiger Böden
Besonders empfindlich sind leichtplastische und gemischtkörnige Böden mittlerer Wasserdurchlässigkeit
111
0
0
1
0
-=-=D
EE
ss
ss
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Vernässung schwach bindiger Böden Indikation
34
Unterfangung DIN 4123
Strategie Tiefergründung in tragfähigen Baugrund
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35
Vernässung schwach bindiger Böden
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Vernässung schwach bindiger Böden Indikation
36 Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen. Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
![Page 37: Ursachen und Indikation von Setzungsschäden an Gebä · PDF fileGrundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff . 41 . da Mosto, J., Fletcher, C.: The Science of Saving Venice,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022013006/5a7fd4ac7f8b9a571e8c08f2/html5/thumbnails/37.jpg)
Vernässung schwach bindiger Böden Indikation
37
Segmentpfähle, z. B. System Erka
Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen. Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
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Vernässung schwach bindiger Böden Segmentpfähle, System Erka
38
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Zersetzung organischer Böden
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Zersetzung von Torf und organischen Böden bei Grundwasserabsenkung
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Schäden an Holzpfahlgründungen bei Grundwasserschwankungen
40 da Mosto, J., Fletcher, C.: The Science of Saving Venice Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen.
Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
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41 da Mosto, J., Fletcher, C.: The Science of Saving Venice,
Schäden an Holzpfahlgründungen bei Grundwasserschwankungen
Witt, K. J. 2009 Unterfangung und Verstärkung von Gründungen. Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, Ernst&Sohn, S. 199ff
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Weitere Ursachen
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Frost Hangkriechen Erdfälle Bergbau Untergrunderosion
Schmalkalden 2011
Eisenach/Tiefenort, 2010
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Subrosion, Auslaugung … der schiefste Kirchturm steht in ?
43 http://www.kyffhaeuser-nachrichten.de
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Es gibt charakteristische last- und verformungsbedingte Ursachen von Setzungsschäden an Gebäuden, ….wie z. B. Laständerungen, Alterung der Tragstruktur, Erschütterungen, Frost, Vernässung, Austrocknung, Zersetzung und Erosion des Baugrundes, Erosion, Auslaugung, großräumige Bodenbewegungen….. Aber es gibt keine Standardlösungen für die Beseitigung von Setzungsschäden an Gebäuden
Zusammenfassung
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Zusammenfassung
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Die Bewertung, Behandlung und Beseitigung von Setzungsschäden an Gebäuden hat drei technische Ebenen I Analyse des Schadens
II Identifikation der Ursache
III Planung einer angemessenen, nachhaltigen Lösung ... Grundsätzlich ist das Gebäude in seiner Gesamtheit, in seiner Interaktion der Tragstruktur mit dem Baugrund zu betrachten. Denn die Ursache von Setzungsschäden ist nie allein der Baugrund, sondern immer die wechselseitige Beeinflussung von Gründung und Bauwerk
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Prof. Dr.-Ing. Karl Josef Witt, Bauhaus-Universität Weimar [email protected]
ENDE
Ursachen und Indikation von Setzungsschäden an Gebäuden
Foto: http://www.fauststadt-staufen.de