Informationen zum Thema Baugrund

Der Baugrund: Beschaffenheit und Zusammensetzung

Den natürlich gewachsenen Untergrund (Boden), auf dem ein Bauwerk errichtet wird, bezeichnet man als Baugrund. Das Festgestein, das unter Einflüssen von Temperatur, Druck, Wasser, Wind, etc. über Jahrmillionen in verschiedener Intensität und Dauer zu den verschiedenen Böden verwittert ist, weist verschiedene Beschaffenheiten auf. Eine Einteilung der Böden wird aufgrund ihrer stofflichen Bestandteile vorgenommen und sie werden in zweierlei Böden untergliedert:

Anorganische Böden
Organische Böden

Wann spricht man von Anorganischen Böden?

Anorganische Böden, auch mineralische Böden genannt, eignen sich grundsätzlich für ein Bauvorhaben.

Sie werden nach DIN 18300 in verschiedene Fels- und Bodenklassen und entsprechend ihrer Korngröße unterteilt:

Boden- und Felsklassen

Bei Anorganischen Böden wird eine Unterteilung in sieben Boden- und Felsklassen vorgenommen. Maßgeblich, welcher Boden in welche Klasse eingeteilt wird, ist der Aufwand, der für das Lösen und Bewegen der einzelnen Bodenarten betrieben werden muss. Besondere Aufmerksamkeit ist hier dem Oberboden, der Bodenklasse 1, zu widmen. In den meisten Fällen handelt es sich beim Oberboden um Mutterboden. Dieser Boden setzt sich hauptsächlich aus Humus sowie organischen Bestandteilen zusammen und ist bindig und fruchtbar.

Dieser Mutterboden ist unbedingt als Lebensraum zu erhalten, da neben lebenden Keimen und sich zersetzenden Tier- und Pflanzenresten auch Insekten, Pilze, Bakterien und Weichtiere in ihm beheimatet sind. Aus diesem Grund ist darauf zu achten, dass der Mutterboden weder verunreinigt noch mit anderen Böden vermischt wird.

Boden- und Felsklassen nach DIN 18300

Boden-/Felsklasse	Bezeichnung	Beschreibung	Aufbruch-/Ladegeräte
1	Oberboden	Oberste Schicht: Humus, Lebewesen	Schaufellader Planierraupe
2	Fließende Böden	Flüssiger bis breiiger Boden mit hohem Wassergehalt, kaum Wasserabgabe	Bagger
3	Leicht lösbare Böden	Nicht- bis schwachbindige Kiese, Kies-Sandgemische (≤ 30 %, Korngröße > 63 mm), Sande	Bagger, Laderaupe, Schaufellader
4	Mittelschwer lösbare Böden	Bindige Böden, weich - halbfest, Steinanteil max. 30 %, Korngröße > 63 mm Gemische aus Kies, Ton, Schluff, Sand, Korngröße < 0,06 mm.	Bagger, Laderaupe
5	Schwer lösbare Böden	Böden wie Klassen 3 und 4, Steinanteil > 30 %, Korngröße > 63 mm. Plastische Tone, weich - halbfest gemäß Wassergehalt.	Bagger, Starke Laderaupe
6	Leicht lösbarer Fels, vergleichbare Böden	Felsarten mit innerem mineralischen Zusammenhalt, brüchig, weich, verwittert. Böden der Klassen 4 und 5 mit sehr fester Konsistenz.	Bagger
7	Schwer lösbarer Fels	Felsarten mit hoher Festigkeit, nur geringe Verwitterung, kaum Brüchigkeit	Sprengung, Kompressor, Aufbruchhammer

Korngröße

Böden werden eingeteilt in Schluff, Ton, Sand, Steine, Blöcke, Kies. Diese Bestandteile sind häufig nicht in ihrer Reinform vorhanden, sondern in einem Gemisch verschiedener Bestandteile enthalten. Der Bestandteil, der den größten Anteil am Gemisch ausmacht, wird als erster genannt. Es heißt demnach: Kiessand ist ein Gemisch aus Kies und Sand. Somit wird klar, dass Kies einen Anteil von ≥ 50 Prozent am Gemisch hat.

Bodenarten entsprechend ihrer Korngröße

Kurzzeichen	Bodenart	Korngröße
CL (Clay)	Ton	≤ 0,002 mm
Si (Silt)	Schluff	0,002 bis 0,06 mm
Sa (Sand)	Sand	0,06 bis 2 mm
Gr (Grant)	Kies	2 bis 63 mm
Co (Cobble) Bo (Boulder)	Steine Blöcke	> 63 mm

Wann spricht man von Organischen Böden?

Als Baugrund eher ungeeignet sind organische Böden. Zusammengesetzt ist der organische Boden aus einem fruchtbaren Gemisch an humösen Bodenarten und Beimengungen organischer Bestandteile. Diese Beimengungen setzen sich aus Pflanzen, Insekten, Bakterien, Pilzen, etc. zusammen und bilden eine wichtige Grundlage für die Tier- und Pflanzenwelt. Nicht zuletzt liefern sie auch eine wichtige Grundlage für den Lebensraum des Menschen, weshalb dem Oberboden ganz besonders viel Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte.

Wie sehr wird der Baugrund beansprucht?

Lasten (Druckspannungen) eines Bauwerks werden über das Fundament, genauer an der Fundamentsohle, gleichmäßig in den Baugrund übertragen. Es wird davon ausgegangen, um es einfacher darzustellen: Die Druckverteilung erfolgt in einem Winkel von ca. 45 °. Verdeutlichen lässt sich das auch am Bild einer Zwiebel: in annähernd kreisförmigen Linien verteilt sich der Druck unterhalb der Fundamente, indem die Druckspannung mit zunehmender Tiefe abnimmt. Diese kreisförmigen Linien werden auch Isobaren genannt. Sie stellen Bereiche dar, in denen gleich große Druckspannung herrscht.

Die größtmögliche Belastung (100 %), die auf den Baugrund wirkt, herrscht an der Stelle, an der die Fundamentsohle auf dem Baugrund aufliegt. Über diese Grenzfläche werden die gesamten Druckspannungen des darüber liegenden Bauwerks in den Baugrund weitergeleitet. Nur noch geringe Druckspannungen sind in der Tiefe, die in etwa der dreifachen Fundamentbreite als lastübertragende Fläche entspricht, messbar. Mit zunehmender Tiefe nimmt die Belastung, die durch das Bauwerk auf den tragfähigen Baugrund ausgeübt wird, ab.

Bis auf wenige Ausnahmen verläuft die Übertragung von Lasten und Kräften auf den Baugrund schadenfrei. Durch eine überschrittene Belastbarkeit des Baugrundes kann es allerdings zu einem sogenannten Grundbruch kommen. Es kommt dann entlang einer der Gleitfugen zu einem seitlichen Ausweichen des Bodens. Es kann zu Beschädigungen, zum Absacken, schlimmstenfalls zum Einsturz des Bauwerks kommen.

Was hat Auswirkungen auf das Setzungs- und Tragverhalten des Baugrunds?

Das Setzungsverhalten

Bindige Böden setzen sich, aufgrund des relativ hohen Wasseranteils, andauernd und lange. Durch die Druckbelastung, die auf den Boden durch ein Fundament ausgeübt wird, wird das Wasser aus den Bodenbestandteilen herausgepresst. Da der feinkörnige Boden nur bedingt wasserdurchlässig ist, dauert dieser Prozess über eine längere Zeit an.

Nichtbindige Böden verhalten sich dagegen anders: Durch die Druckbelastung schieben sich die Körner enger aneinander und werden komprimiert. Setzungen sind bei nichtbindigen Böden sehr gering, wodurch dieser Prozess gleichmäßig und zügig ablaufen kann.

Das Tragverhalten

Das Tragverhalten nichtbindiger und bindiger Böden unterscheiden sich stark.

Tragverhalten nichtbindiger Böden

Die Tragfähigkeit nichtbindiger Böden besteht unabhängig vom Wassergehalt des Baugrunds. Ein Unterschied im Tragverhalten nichtbindiger Böden ist weder in trockenem noch in nassem Zustand messbar. Die Tragfähigkeit beruht hier auf der Reibung der einzelnen Körner untereinander.
Tragverhalten bindiger Böden

So ist die Tragfähigkeit eines bindigen Bodens stark vom Wassergehalt abhängig: Hoher Wassergehalt → weicher Boden → abnehmende Tragfähigkeit. Durch das wie ein Schmierfilm wirkende Wasser werden die einzelnen Körner im Boden leichter beweglich und können bei entstehender Druckbelastung beliebig ausweichen. Niedriger Wassergehalt → trockener Boden → hohe Tragfähigkeit

Achtung! Bei Wassereinwirkung wird dieser Baugrund rasch ungeeignet.

Daher wird auch klar, dass Baugrund dauerhaft gegen zu viel Feuchtigkeit oder gar ein Durchnässen geschützt werden muss.

Wie wirkt sich Frost auf den Baugrund aus?

Auch bei der Frosteinwirkung von nichtbindigen und bindigen Böden gibt es große Unterschiede. Für das unterschiedliche Verhalten spielen sowohl Korngrößenverteilung, Wassergehalt, als auch der Hohlraumgehalt eine wesentliche Rolle.

Klassifizierung der Frostempfindlichkeit

Klasse	Frostempfindlichkeit	Bodenarten
F 1	keine	Nichtbindige Böden wie Kies und Sand
F 2	gering - mittel	Gemische (gemischtkörnige Böden) wie Gemische aus stark plastischen Tonen, Kies, Lehm, Sand, Schluff
F 3	hoch	Bindige Böden wie Schluff und leicht plastische Tone

Bindige Böden verfügen über einen relativ hohen Wassergehalt. Dies gilt auch für gemischtkörnige Böden. Durch Witterungseinflüsse wie bei Frost, gefriert das Wasser in den Böden. Das Wasser wird aus der Tiefe des Bodens bis an die Frostgrenze hochgedrückt und gefriert dort. Dieses Hochdrücken des Wassers geschieht durch die Kapillare, die in den Böden enthalten sind und sogenannte Eislinsen bilden, Hohlräume, die mit Wasser gefüllt sind.

Diese Eislinsen haben eine Volumenvergrößerung zur Folge, welche den Boden vereinzelt etwas anheben kann. Tauen diese Eislinsen auf, geben sie Wasser ab, weichen den Boden auf und dieser verliert seine Tragfähigkeit. Daher ist immer zu berücksichtigen: Bindige Böden sind stets frostgefährdet! Die einzige Alternative, um auf bindigen Böden bauen zu können, liegt in der Tiefe. Ein Fundament kann zu diesem Zweck in einer frostfreien Tiefe von 0,80 bis 1,20 Metern gegründet werden. Eine weitere Alternative liegt im Einbringen einer Schicht nichtbindigen Bodens. Dieser unterbindet die Kappilarwirkung.

Exkurs	Als Kapillare bezeichnet man einen langgestreckten, sehr feinen Hohlraum. Der Begriff Kapillare leitet sich vom lateinischen capillus (das Haar) ab. Früher wurde die Kapillare auch als "Haar-Röhrchen" bezeichnet. Durch die kapillare Steighöhe kann im Boden gebundenes Wasser aufsteigen.

Die möglichen kapillaren Steighöhen verschiedener Bodenarten sind höchst unterschiedlich:

Mögliche kapillare Steighöhe	Bodenart
bis circa 5 Zentimeter	Kies
bis circa 60 Zentimeter	Sand
bis circa 2,50 bis 3,00 Meter	Schluff
bis circa 8,00 bis 10,00 Meter	Ton

Was versteht man unter nichtbindigen und bindigen Böden?

Nichtbindige Böden (Bsp.: Kies oder Sand) verfügen über keinen inneren Zusammenhalt. Die sehr unterschiedlich großen Körner sind zwar miteinander in Kontakt, haften aber nicht aneinander. Darüber hinaus weisen nichtbindige Böden einen sehr geringen oder gar keinen Feinkorn-Anteil auf.

Bindige Böden sind abhängig von der Zusammensetzung leicht oder stark bindig. Je mehr Feinanteile der Boden aufweist, umso bindiger ist er. Bindige Böden bestehen aus Ton, Schluff und Lehm. Der innere Zusammenhalt der Bodenbestandteile ist gegeben, die einzelnen Körner eines bindigen Bodens haften aneinander.

Die Konsistenz des bindigen Bodens verändert sich je nach aufgenommenem oder abgegebenem Wasser. Ein bindiger Boden in feuchtem Zustand ist durch einfache Handversuche zu erkennen. Dazu zerreibt man etwas Boden in der Handfläche: Schluff wird beinahe mehlig und lässt sich dementsprechend leicht wieder von der Hautoberfläche lösen. Lehm hingegen wird bei diesem Versuch sandig, Ton hingegen wirkt eher seifig und lässt sich nur unzureichend von der Hautoberfläche lösen.