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Bodenarten: Sand

Boden ist nicht gleich Boden, das ist sicher eine leidvolle Erfahrung so manches Bauherren. Manche Böden eignen sich nur bedingt als Baugrund. Bei anderen muss man sich zunächst keine Sorgen um die Gründung machen. Insgesamt gesehen entscheidet die Tragfähigkeit des Bodens darüber, ob mit Setzungen zu rechnen ist. Die Tragfähigkeit kann aber ins Wanken geraten, wenn z. B. Wasser ins Spiel kommt. Und so beschreiben wir an dieser Stelle die gängigsten Bodenarten, ihre Eignung als Baugrund und wie man nicht hinreichend tragfähigen Baugrund verbessern kann.

Sande und Kiese als Baugrund sind in vielen Gegenden im Norden Deutschlands flächendeckend, aber auch in sonstigen Gebieten, insbesondere in Flusstälern, weit verbreitet. Wie kamen sie da hin?

Sand ist nicht a priori da. Er ist das Produkt lang andauernder Verwitterungsprozesse von Gesteinen durch Wasser, Eis und Wind (Erosion). Dabei hilft u.a. die Zerkleinerung durch Transport im Wasser mit Reibung an anderen Körnern mit. Bei geringer Wasserführung der Flüsse mit nachlassender Strömungskraft fallen die gröberen Körner aus (Sedimentation), die feinen Körner werden weitergetragen. Dadurch ergibt sich eine weitgehend horizontale Schichtung von Kies zu gröberem und zu feinerem Sand, wie sie in den Wänden der Baugrube sichtbar wird.

Während der Eiszeit war Norddeutschland mit bis zu 200 Metern Eis bedeckt. Am Ende der Eiszeit schmolz das Eis und enorme Wassermengen flossen am Eisrand in den sogenannten Urstromtälern ab. Dabei wurden zunächst tiefe und breite Täler ausgespült und diese dann anschließend bei allmählich geringer werdenden Wassermengen mit Sand verfüllt.

Bauen auf Sand

Und wer diese meine Rede hört und tut sie nicht, der ist einem törichten Manne gleich, der sein Haus auf den Sand baute. Da nun ein Platzregen fiel und kam ein Gewässer und wehten die Winde und stießen an das Haus, da fiel es und tat einen großen Fall.“ Matthäus 7, 26-27

Unerwartet viel Geotechnik in der Bibel, wenn auch teilweise in verschlüsselter Form und – für unsere Gegenden – ein wenig kurios. Was lesen wir: Wasser kann Sand ausspülen. Es ist deshalb sinnvoll, darauf zu achten, dass einerseits der Sand unter den Fundamenten nicht fortgespült werden kann. Andererseits ist ein hydraulisches Gefälle mit dem Potenzial von Sandumlagerungen zu vermeiden und es sind Hohlräume zu verhindern, in die der Sand eingespült werden kann. Potenzial dafür bietet vielleicht eine Entwässerungsleitung mit undichten Muffen?

Auch auf die Gefahren durch Wind wird hingewiesen, aber wer baut schon sein Haus auf einer Düne, wo diese Gefahr tatsächlich besteht? Obwohl die Idee eines Hauses auf einer Wanderdüne, bei der jeden Tag ein anderer Blick aus dem Fenster geboten wird, schon irgendwie verlockend wäre. Es ist aber nicht notwendig, wie in der Bibel empfohlen, jede Gründung auf Sand zu vermeiden und nur auf Fels zu bauen. Das ist ja auch mehr im übertragenen Sinn gemeint und hat da wohl auch seine Berechtigung.

In der „realen Welt“ freuen wir uns, wenn wir Sand als Baugrund finden, weil er leicht zu bearbeiten ist, was wir schon als Kinder in der Sandkiste festgestellt haben, und weil er durchaus für Gebäude gängiger Größenordnungen gut tragfähig ist. Bauen im Sand unterhalb des Grundwasserspiegels benötigt dann allerdings schon einige Tricks wie Grundwasserabsenkungen, um unsere Keller bauen zu können. Im Zuge von Grundwasserabsenkungen ist dann die Rückbesinnung auf die Art des Entstehens des Sandes erforderlich, um die Auswirkungen der Bodenschichtung mit ihrer lagenweise variierenden Körnung zu berücksichtigen. Weiterhin ist die unterschiedliche Durchlässigkeit in horizontaler und vertikaler Richtung mit einzukalkulieren und auch eventuelle Beeinflussungen auf benachbarte Baufelder dürfen nicht außen vor bleiben.

Aus einem Urlaub an der See bringen wir die Erfahrung mit, dass trockener, loser Sand, wie z. B. Dünensand, erheblich weniger tragfähig ist als eingespülter Sand. Eigentlich schon zwei Erfahrungen auf einmal: Dichter Sand ist gut tragfähig und Sand kann durch Einspülen verdichtet werden. Und wenn wir diese Erfahrung weiterspinnen, können wir aus diesen einfachen Feststellungen die Erkenntnis gewinnen, (fast) jeder Sand, der im Wasser abgelagert wurde, ist dicht gelagert oder sagen wir „ausreichend dicht“, um ein Haus darauf zu stellen. Wieviele tolle Erkenntnisse doch so ein paar Tage Urlaub vermitteln können, selbst dann, wenn es definitiv kein „Bildungsurlaub“ war.

Auch wir Geotechniker lieben Sand, denn er gibt uns die Gelegenheit, bodenmechanische Versuche, wie Rammsondierungen, Kornanalysen und ähnliches, durchzuführen und dann ohne allzu großes Risiko festzustellen, man könne da schon ein Haus mit
Sohldrücken von 200 kPa darauf gründen und es würde sich wohl so um rund 1 Zentimeter setzen.

Wir nehmen Sie mit auf eine kleine Reise: wir befinden uns am Ostseestrand. Wir sehen an der unruhigen Linie, wie weit die letzte Welle der Brandung gekommen ist. Und wir sehen einen Fußabdruck wie ein Negativ, also eine Erhebung, wo man eigentlich eine Einsenkung erwarten müsste. Hier hat der Kinderfuß den eingespülten Sand offensichtlich so weit zusätzlich verdichtet, dass er beim Überrollen durch die nächste Welle dem Abtrag des Sandes einen größeren Widerstand entgegengesetzt hat, als der umgebende Sand. Der eingespülte Sand konnte also schon mit relativ geringem Aufwand durch Belastung weiter verdichtet werden.

In einzelnen Fällen ist es auch in der Geotechnik ähnlich wie in der Medizin, wo schalkhaft kolportiert wird, es gäbe eigentlich keine rundum gesunden Menschen, sondern allenfalls welche, die noch nicht hinreichend untersucht worden wären. Beispielsweise wird bei einem mehrgeschossigen älteren Wohnhaus festgestellt, der Sand, auf dem es steht, wäre so locker gelagert, dass der Bestand des Gebäudes, besonders bei weiterer Belastung durch Aufstockung, gefährdet ist. Was tun? Nun ja, in einer Schrift wie dieser wollen wir schon noch der Erwartung gerecht werden und Sie darauf hinweisen, dass gerade Sandböden sich in hervorragender Weise dazu eignen, sie durch die Anwendung von Injektionsverfahren – beispielsweise mit Kunstharzen – in ihrer Tragfähigkeit durch Erhöhung der Kohäsion und des Reibungswinkels zu verbessern. Das gilt auch für aufgefüllte Sande, die nicht künstlich verdichtet wurden oder über deren Verdichtung bei der Aufbringung keine hinreichenden Nachweise vorliegen (Bild 5).

Hier ist zu ersehen, wie Expansionsharz im Zuge einer Injektion lockeren Sand verdrängt und sich so Kunstharzlamellen bilden. Im Zuge der Verdichtung des Sandes wird das verdrängte Volumen durch das Harz ausgefüllt. Je dichter der bearbeitete Sand, desto geringer die Zusammendrückung des Sandes und desto schmaler, aber nicht weniger wirkungsvoll, sind die Harzlamellen im injizierten Boden.

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