Arten von Gebäudefundamenten und wie sie die Lasten verteilen
Wenn der Durchschnittsbürger an ein Fundament denkt, kommen ihm wahrscheinlich die Kellerwände seines Hauses in den Sinn. Oder sie denken an die Person, die sie jedes Jahr zur gleichen Zeit anruft und um eine Spende bittet… Eine Kellerwand oder Fundamentwand ist der Teil eines Bauwerks, der der Belastung durch den seitlichen Erddruck widersteht, der durch den aufgeschütteten Boden verursacht wird, aber sie überträgt auch die Gebäudelast von dem darüber liegenden Bauwerk auf den Boden darunter. Es gibt zwei Kategorien von Fundamenten, die zur Übertragung von Gebäudelasten auf den Boden verwendet werden: Flach- und Tiefgründungen. Anhand der Art des Bodens und seiner Bedingungen können Bauingenieure bestimmen, welche Art von Fundament für ein bestimmtes Bauwerk am besten geeignet ist.
Flachgründungen finden sich häufig unter leicht belasteten Bauwerken wie einem Haus oder einem Schuppen und befinden sich nahe der Erdoberfläche. Ein Beispiel für ein flaches Fundament ist ein Betonfundament. Betonfundamente befinden sich unter Fundamentwänden und Innensäulen und dienen dazu, die Last des darüber liegenden Bauwerks auf eine ausreichend große Fläche zu verteilen, um Bewegungen im darunter liegenden Untergrund zu begrenzen. Wie groß ein Fundament sein muss, hängt von der Art des Bodens ab, der sich darunter befindet. Wenn ein Fundament auf Lehm steht, muss es viel größer sein als auf Felsgestein, da Felsgestein eine viel größere Tragfähigkeit hat.
Flache Fundamente sind je nach den Umgebungsbedingungen und der Art des Bodens, auf dem sie stehen, anfällig für Bewegungen. In Winnipeg zum Beispiel, wo ich wohne, sind die meisten Hausfundamente auf Lehm gebaut, der aufquillt, wenn er Feuchtigkeit aufnimmt. Das Anschwellen des Bodens führt zu Hebungen, die das Fundament anheben und unterschiedliche Setzungen im Haus verursachen können. Wenn die Setzungsunterschiede minimal sind, handelt es sich in der Regel nicht um ein strukturelles Problem, sondern eher um ein ästhetisches Problem. Manchmal können die Bewegungen so stark sein, dass die strukturelle Integrität des Fundamentsystems beeinträchtigt wird und Reparaturen oder ein Austausch erforderlich sind. In diesem Beitrag finden Sie einige weitere Ursachen für flache Fundamentbewegungen und -ausfälle.
Floßplatten und Bodenplatten sind zwei weitere Arten von Flachgründungen, die beim Bau verwendet werden. Sie können sehr viel wirtschaftlicher sein als Tiefgründungen, wenn die Lasten nicht zu groß sind und die Struktur unterschiedliche Bewegungen verkraften kann. Eine Bodenplatte ist mit Risiken verbunden, da der Boden darunter schrumpfen und anschwellen kann, was zu Bewegungen in der Platte führen würde. Wenn der Bauherr mit der Bewegung der Platte einverstanden ist, ist diese Art von Bodenplatte die wirtschaftlichste Option. Wenn die Ausstattungen und Geräte, die auf der Platte platziert werden sollen, keine Bewegungen zulassen, wird oft eine strukturelle Bodenplatte empfohlen. Eine strukturelle Bodenplatte hat einen Hohlraum unter sich, so dass das Anschwellen und Schrumpfen des Bodens die Platte nicht beeinträchtigt. Wenn die Bodenbedingungen nicht ideal sind, um ein flaches Fundament zu errichten, müssen Tiefgründungen in Betracht gezogen werden.
Tiefgründungen finden sich häufig unter größeren Gebäuden, bei denen das Gewicht des Bauwerks sehr hoch ist und bei denen eine Bewegung des Bauwerks nicht erwünscht ist. Diese Fundamente übertragen die Last auf den Boden weit unter der Erdoberfläche. Die häufigste Art von Tiefgründungen sind Pfähle. Pfähle sind lang und schlank und übertragen die Lasten eines Gebäudes durch Reibung zwischen der Pfahlseite und dem umgebenden Boden sowie durch Druck zwischen der Pfahlsohle und den darunter liegenden Bodenschichten. Pfähle können aus Stahl, Holz oder Beton hergestellt werden. Bei Stahlpfählen handelt es sich häufig um warmgewalzte I-Profile oder um schraubenförmige Pfähle. Holzpfähle sind oft große, druckbehandelte Holzprofile, die für temporäre oder permanente Strukturen verwendet werden. Betonpfähle sind entweder solide sechseckige oder kreisförmige Pfähle, die mit Stahlbewehrung verstärkt sind.
Manch einer mag denken, dass die Tiefe des Fundaments mit der Größe der in den Boden eingeleiteten Last korreliert, aber das ist in der Regel nicht der Fall. Bei sehr großen Lasten werden tiefe Fundamente unter der Erdoberfläche errichtet, bis man auf eine feste/dichte Bodenschicht wie Fels oder Gletscherschutt stößt. Beide haben eine sehr hohe Tragfähigkeit, die Böden wie Ton und Kies nicht bieten können. Pfähle, die bis zu starken/dichten Bodenschichten reichen, werden als Endlagerpfähle bezeichnet. Die Lage dieser Bodenschichten kann sehr unterschiedlich sein. Auf einer großen Baustelle kann es vorkommen, dass ein Pfahl an einem Ende der Baustelle auf Felsen in einer Tiefe von 50 Fuß unter dem Boden stößt, während ein Pfahl am anderen Ende der Baustelle auf Felsen in einer Tiefe von bis zu 100 Fuß unter dem Boden stoßen kann!