Expertenwissen, Bodenarten
Bodenarten: Tonhaltige Böden
Ton ist ein natürlich vorkommendes, hauptsächlich aus Tonmineralteilchen bestehendes Material. Als Bestandteil von Lehm, war Ton neben Holz und Stein zu jeder Zeit einer der bedeutendsten Baustoffe der Menschheit.
Ton - ein schrumpfempfindlicher Boden
Setzungen von Gebäuden geschehen aus unterschiedlichen Gründen. Eine häufig auftretende Ursache ist das Schrumpfen des Fundamentuntergrunds. Dies kommt vor allem in Regionen mit tonigen oder tonhaltigen Böden vor.
Gerade nach den letzten heißen Sommern ist das Thema wieder hoch aktuell. Doch wie kommt es dazu und welche Folgen ergeben sich daraus?
Das Schrumpfen von Ton – ein Alltagsphänomen, das wir alle kennen. Schon oft haben wir Trockenrisse an der Oberfläche von Ton gesehen, besonders an einem verdichtet eingebauten Tonboden.
Warum schrumpft Ton?
Tone setzen sich aus Tonmineralen zusammen, sogenannten Schichtsilikaten. Die Struktur eines Tones kann mit einem Rasterelektronenmikroskop bei 12.000-facher Vergrößerung sichtbar gemacht werden.
Die Struktur ist also nicht körnig, wie bei den anderen Böden, sondern plattig, wodurch sich eine erheblich größere spezifische Oberfläche ergibt. Die Oberflächenspannung des Wassers hält die Plättchen zusammen.
Wenn ein Boden belastet wird, drückt er sich zusammen. Wenn Ton schrumpft, rücken die einzelnen Tonmineralplättchen, infolge des Entzugs eines Teiles des an der Oberfläche der Plättchen gebundenen Hüllwassers, näher zusammen. Damit nimmt das Volumen des Bodens dreidimensional ab und wir stellen Setzungen des Bodens bzw. eines darauf stehenden Gebäudes fest.
Wie kann Ton austrocknen?
Durch natürlich bedingte Klimaschwankungen – feuchteres und trockeneres Wetter beispielsweise. Diese Wirkung kann je nach der Art des Tones (Plastizität) und der Exposition bis 1,50 oder 2,00 m unter Gelände einwirken, also durchaus schon nicht unterkellerte Gebäude betreffen.
Am häufigsten werden Schrumpferscheinungen infolge Wasserentzugs durch Bäume festgestellt. Bäume, die im „normalen Leben“ das benötigte Wasser dem Porenwasser von Sand und Lehm der Deckschichten entnehmen, wachsen in „Notzeiten“ auch in den Ton und holen sich dort mit ihren feinen Faden-/Haarwurzeln mit hoher Saugkraft, das an die Tonplättchen angelagerte, Wasser. Das Volumen des Tonkörpers wird kleiner – er schrumpft.
Aufgrund von Beobachtungen der englischen Building Research Station wurde schon vor rund 100 Jahren empfohlen, bei Anwesenheit von Tonböden die Baumhöhe auf das Maß des Abstandes von Gebäuden zu begrenzen. Diese Regel gilt auch heute noch, ergänzt um die Empfehlung, dass bei einer Baumreihe der Abstand mindestens das 1,5-fache der Baumhöhe betragen sollte, wenn Schrumpfschäden vermieden werden sollen.
Wie kann aus einem Rissbild schrumpfender Ton als Ursache erkannt werden?
Ein sehr häufiges Bild ist das Sacken einer Hausecke, wodurch die Kellerdecke auskragt. Typisch für Schrumpfsetzungen sind eine Horizontalverschiebung des Kellermauerwerks nach außen – zum Baum hin. Der Grund ist einfach. Ton schrumpft dreidimensional in Richtung Baum. Es gibt also nicht nur Setzungen, sondern auch Horizontalverschiebungen infolge des Schrumpfens. Demgegenüber wird zum Beispiel eine undichte Regenwasserleitung durch Bodenausspülung nur eine vertikale Setzung zur Folge haben.
Was ist in einem solchen Fall zu tun?
Zunächst ist zu bedenken, dass der zuvor beschriebene dreidimensionale Vorgang des Schrumpfens dazu führt, dass die Trockenrisse, die wir im Sommer an der Oberfläche eines Tonbodens sehen, den gesamten durchwurzelten Bodenbereich erfassen – und die Schadensbildung geht nicht nur im nächsten trockenen Sommer weiter, sondern sie nimmt auch mit dem Wachstum der Bäume progressiv zu.
Als erstes ist die Schadenursache zu beseitigen, also im Fall der Bäume als Ursache, sind diese zu fällen und gegebenenfalls durch kleinere Bäume zu ersetzen oder fachmännisch auf ein unschädliches Maß zu beschneiden. Theoretisch könnte man dann warten, bis die Risse im Ton in feuchteren Zeiten wieder zuquellen. Dabei müsste allerdings billigend in Kauf genommen werden, dass die Überbeanspruchungen im Gebäude und die daraus folgenden Rissbildungen weiter fortschreiten, bis der Kraftschluss wiederhergestellt ist. Je weiter das Schrumpfen schon fortgeschritten ist, desto unwahrscheinlicher wird es, dass der Kraftschluss durch das Quellen des Tones eher gelingt, als durch das Nachsacken des gerissenen und in Teilbereichen überbeanspruchten Gebäudes.
Wenn das Risiko weiterer Rissbildungen nicht eingegangen werden soll, wären entweder die betroffenen Bauteile zu unterfangen und die Unterfangungspfeiler vorzupressen oder es werden Segmentpfähle unter die betroffenen Fundamente gepresst. Eine gebäudeschonende Methode ist das Injizieren des Bodens mit Expansionsharz, wodurch die Trockenrisse im Boden mit Expansionsharz verfüllt und das abgesackte Bauteil bis zum Kraftschluss wieder angehoben wird.
Ein Universalrezept, wie mit der Sanierung umzugehen ist, gibt es nicht. Wenn es nicht möglich ist, die Bäume zu fällen, dann kann in besonderen, dafür geeigneten Fällen auch überlegt werden, das Niederschlagsdefizit in trockenen Zeiten durch künstliche Beregnung auszugleichen.