Der Schiefe Turm von Pisa, Beispiel ungleichmäßiger Bauwerkssetzung.
Setzungen im Mauerwerk und an den Fenstern

Unter Setzung versteht man im Bauwesen und in den Geowissenschaften die langsame Senkung eines Bauwerks, Gesteinskörpers oder Haufwerks.

Ursachen und WirkungenBearbeiten

Böden sind in der Regel durch Verwitterung von Fels und folgende Sedimentation (und Überdeckung mit Humus, der aus- und eingewaschen wird) entstanden. Aus den Prozessen ergibt sich, dass ungestörter Boden nicht die höchste Lagerungsdichte hat. Die höchste Auflast, die ungestörter Boden erfahren hat, ergab sich durch die Eisauflast während der letzten Eiszeit. Nahezu jedes Lockergestein und besonders lockeres Haufwerk sind deswegen komprimierbar, da Porenvolumen noch zusammengedrückt werden kann (siehe dazu Kompaktion). Zusammendrücken oder Verlagerung führen zur allmählichen Verdichtung des Untergrundes (wobei durch Verlagerung auch ein (Dichte)Schwund an anderer Stelle entstehen kann).

Weitere Ursachen sind beispielsweise

  • Statische Belastung:[1]
    • Das Gewicht der darüber lagernden Massen, vor allem Belastungen durch Bauwerke, Schüttungen[2] oder durch das Eigengewicht, was bei unzureichend verdichteten Hinterfüllungen, verfüllten Leitungsgräben oder auch bei Dämmen beobachtet werden kann.
    • Bei sehr weichen Böden kann es zu einem Ausweichen des Untergrunds durch seitlichen Erddruck (siehe auch Setzungsfließen) kommen, durch zusätzliche Lasten (beispielsweise Schneedruck) oder Entlastungen (beispielsweise Abgrabung auf einem Nachbargrundstück)[3]
    • das Nachgeben von aufgelockertem oder aufgefülltem Erdreich
  • Einwirkungen von Wasser:
    • Grundwasserabsenkungen rufen sehr oft Setzungen auch bei ungestörten Böden hervor, da der vorher im Grundwasser stehende Boden unter Auftrieb stand[4] und nun erst sein volles Gewicht entwickelt.[5]
    • Hebungen durch Frosthub mit Senkungen nach dem Wiederauftauen
    • Änderung des Wassergehalts im Boden[2] und folgende Volumenverkleinerung durch Austrocknung.
      • Vernässung schwach bindiger sandiger Böden[3]
      • Quellung und Schrumpfung stark bindiger lehmiger Böden[3]
      • Feuchteentzug durch Vegetation (beispielsweise mit der Zeit größer gewachsene Bäume)[3]
  • Großflächige Hebungen und Senkungen aufgrund von geologischen Prozessen[1]:
  • Verdichtungen/Umlagerungen des Untergrunds (beispielsweise zufolge Erschütterungen)[6], beispielsweise durch Verkehr
  • Zerstörungen des Fundamentbetons[6]

BauwerkssetzungenBearbeiten

Bei der Errichtung eines Bauwerks können Setzungen eintreten, in deren Folge das Bauwerk um einige Zentimeter, selten auch Dezimeter sacken kann. Die Setzungen treten in der Regel bereits während der ersten Belastung auf und verlangsamen sich nach Aufbringung aller Lasten allmählich, bis sie praktisch nicht mehr messbar sind. Je nach Beschaffenheit des Baugrundes kann dieser Vorgang bis zu mehreren Jahren dauern. Bei bindigem Boden dauern die Setzungen im Allgemeinen länger als bei nicht bindigen Bodenarten. Böden können sich jedoch bei Wegfall der Auflast wieder ausdehnen[7], allerdings in der Regel nicht bis zum Volumen vor der Auflast.[8][9]

Setzungen können nach Begutachtung des Bodens näherungsweise vorausberechnet oder abgeschätzt werden, wenn die Bodenstruktur und die Bauwerkslasten bekannt sind. Die Höhe der Setzungen hängt neben der Größe der Auflast, auch von der Art des Bodengefüges und den Vorbelastungen ab. Problematisch werden Bauwerksetzungen immer dann, wenn sich im Untergrund über den Grundriss verteilt unterschiedliche Bodenarten befinden. Das kann zu unterschiedlichen Setzungen, gegebenenfalls auch zu einer Schiefstellung führen. Problematisch ist auch, wenn zwei Bauwerke nacheinander hergestellt und miteinander verbunden werden. Der zeitlich unterschiedliche Setzungsverlauf kann zu Schäden führen. Abhilfe kann hier die Anordnung von Fugen zwischen den Bauwerk oder andere konstruktive Maßnahmen bringen. Eine Verbesserung des Baugrundes oder eine Tiefgründung kann eine Verringerung der Setzung bewirken.

Aufgelockerter BodenBearbeiten

 
Aufgefüllter Boden setzte sich um 5 cm;(sichtbar an der Treppenstufe)

Wird Boden in Form von Lockergestein im Rahmen einer Baumaßnahme ausgehoben und seitlich gelagert, dann erfährt er durch diesen Prozess (gestörter Boden) eine Auflockerung, die einen Volumenzuwachs in der Dimension von häufig 30 % beinhaltet. Wird dieser Boden ohne weitere Maßnahmen wieder eingebaut, so entsteht im Laufe der nächsten Jahre eine Volumenverringerung von etwa ähnlicher Dimension. Diese Setzung kann bei Dämmen über mehrere Jahrhunderte anhalten.

Abhilfe schafft die Bodenverdichtung, indem durch entsprechende Maschinen mittels Rütteln, Vibration und Auflast der Boden weitgehend komprimiert wird. Optimal ist hierbei der Einbau in Lagen von wenigen Dezimetern und anschließend intensives Verdichten mit z. B. Vibrationsstampfer oder einem anderen Verdichtungsgerät. Da diese Arbeiten aufwendig sind und vom Bauherren nur schwer zu überwachen, kommt es hier relativ oft zu Baumängeln. Die Durchführung eines Plattendruckversuches nach der Bodenverdichtung ergibt guten Aufschluss über die Qualität der Verdichtung.

Bei minderwertigen Baumaßnahmen wird auf die Verdichtung auch verzichtet. Deshalb wird bei Gräbern zunächst ein Grabhügel aufgeschüttet oder bei Geländeaufschüttungen bei Hausneubauten eine Wartefrist eingehalten. Erst dann sind weitere Baumaßnahmen (beispielsweise Grabeinfassungen, Gartenhütten, Pflasterungen, Setzen von Zaunfundamenten, Begrünung, Wegebau) sinnvoll, damit nicht Sprünge und Schieflagen als Folge von Setzungen entstehen.

ÜberwachungBearbeiten

Technische Großbauwerke wie große Gebäude, schwere oder hohe Brücken, Kraftwerke, Staudämme und Staumauern werden meistens durch längerfristige Setzungsmessungen überwacht. Von Geodäten werden periodische Höhenmessungen oder Nivellements durchgeführt, die von geologisch stabilen Punkten aus erfolgen. Bei Staumauern sind dies jeweils mehrere Punkte im anstehenden Fels, doch in größerer Entfernung von den Widerlagern. Die Messungen können auch automatisch (mit Informatik-Tachymetern) erfolgen und – etwa bei der Gefahr von Hangrutschungen – mit einem Warn- oder Alarmsystem gekoppelt sein.

Zusätzlich werden bei Großbauten oft auch geotechnische Messfühler in das Bauwerk integriert – etwa Dehnmessstreifen, Temperatur- und elektrische Sensoren – um kleine Veränderungen automatisch zu erkennen. In Staumauern sind auch periodische Messungen in den Kontrollgängen vorgeschrieben. Bei aktiven und aufgelassenen Bergwerken ist mit allfälligen Bodensenkungen über den Hohlräumen und Stollen zu rechnen, auch wenn diese mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche liegen. An Montan- und technischen Hochschulen werden diese Erscheinungen in den Fachgebieten Bergschadenkunde und Markscheidewesen untersucht.

LiteraturBearbeiten

  • Hans Murawski: Geologisches Wörterbuch. Ferd. Enke Verlag, Stuttgart 1998, ISBN 3-432-84100-0.
  • Heinz Brandl: Geotechnik. Skriptum zur Vorlesung, TU Wien/Grundbau und Bodenmechanik ~1995.
  • B. Ullrich: Wechselwirkung zwischen Baugrund und Bauwerk. auf: www.tu-dresden.de (250 kB; PDF)
  • Helmut Kratzsch: Die Bodenverformungskräfte am Bauwerk, Bergschadenkunde, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 1974, ISBN 978-3-642-93035-5, Seiten 359–391
  • Mohammad Nodoushani: Besondere Einwirkungen auf das Gründungssystem, in Handbuch Gründungsschäden Bauhandbuch, Birkhäuser, Basel, 2004, ISBN 978-3-0348-9616-0, Seiten 58–62

WeblinksBearbeiten

 Commons: Setzung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Setzung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b siehe IV.Setzungen aufgrund geologischer Wirkungen; 2.) durch Auslaugung oder Fortschwemmen von feinen Erdteilchen; Ludwig Bendel, Ingenieurgeologie: Ein Handbuch für Studium und Praxis, Seite 388; Pkt. IV (2), Online
  2. a b c Helmut Prinz: Ingenieurgeologie. Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-827-42473-0, S. 226 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. a b c d K.J.Witt: Bergbaufremde Ursachen für Setzungsschäden an Gebäuden, Vortrag beim Bergschadensforum 2014, pdf-Datei, Firmenwebsite
  4. Armin Schoklitsch: Der Grundbau. ISBN 3709180007 S. 103 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  5. Grundwasserabsenkungen bei Baumaßnahmen. S. 12, abgerufen am 9. Januar 2020.
  6. a b Karl Terzaghi, Ralph B.Peck:Die Bodenmechanik in der Baupraxis, ins Deutsch übertragen von Alfred Bley, Springer Verlag, Berlin Göttingen Heidelberg, 1961, ISBN 978-3-642-92830-7 und ISBN 978-3-642-92829-1, (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Hans-Jürgen Lang, Jachen Huder: Bodenmechanik und Grundbau. ISBN 354052696X, Seite 48
  8. Ludwig Bendel, Ingenieurgeologie: Ein Handbuch für Studium und Praxis, Seite 385ff Online
  9. Dirk Augner, Laborversuche an Bodenproben - Ermittlung von Bodenkenngrößen, Bild 26 u. a.