Tiefbau


Bau von Straßendämmen.

Bei schwierigen Bodenverhältnissen (wenig tragfähigem Boden) verursachen Dammschüttungen große Setzungen. Aus diesem Grunde wird der ultraleichte Dammbaustoff EPS besonders vorteilhaft beim Bau von Straßendämmen auf wenig tragfähigem Untergrund eingesetzt. Nach einer vorausgegangenen Vorbelastung oder einer Teilauskofferung können mit diesem Leichtbaustoff Dämme hergestellt werden, die den wenig tragfähigen Untergrund nicht zusätzlich belasten oder sogar entlasten.

Schwierige Bodenverhältnisse, die sich für die EPS-Bauweise anbieten, können auch in Österreich gefunden werden, und zwar in Flussanlandungsgebieten wie z.B. im Rhein- oder Ennstal. Die Wirtschaftlichkeit der EPS-Bauweise hängt dabei in erster Linie von der Mächtigkeit der schlecht belastbaren Bodenschichten und der Verfügbarkeit mineralischer Dammschüttmaterialien ab.

Die EPS-Bauweise ist rasch und unkompliziert. Die üblicherweise 4 m × 1 m × 0,5 m großen EPS-Blöcke werden auf einer Ausgleichsschicht aus Sand verlegt und versetzt angeordnet, um durchgehende Fugen zu vermeiden. In den Horizontalfugen zwischen den einzelnen Lagen verhindern Krallendübel das Verschieben der Blöcke während der Montage. Die EPS-Blöcke selbst sind wegen ihres geringen Gewichtes von Hand mit zwei Mann leicht zu verlegen. Passstücke lassen sich einfach mittels Heizdraht zuschneiden. Die einzelnen Blocklagen sind begehbar. Vor dem Befahren mit schweren Baustellengeräten muss die oberste Lage mit einer ausreichend dicken, lastverteilenden Schicht aus tragfähigem Boden abgedeckt werden.

Bei beengten Platzverhältnissen besteht die Möglichkeit, einen Straßendamm in EPS-Bauweise mit vertikalen Seitenwänden auszuführen. Die Abdeckung der Seitenflächen kann durch Betonfertigteile erfolgen oder durch eine Spritzbetonschicht, die in der Art eines Wärmedämmverbundsystems aufgebracht wird.


Hinterfüllung von Brückenwiderlagern.

Die Gründung von Brückenobjekten erfolgt selbst bei schwierigen Bodenverhältnissen stets auf ausreichend tragfähigem Untergrund (allenfalls unter Verwendung von Bohrpfählen oder dergleichen). Besonders kritisch ist der Anschluss der Brückenrampe an das Widerlager, weil sich dort die Setzungen des Dammkörpers am stärksten bemerkbar machen. Durch unterschiedliche Setzungen zwischen dem Damm und dem tiefer gegründeten Brückenbauwerk werden jedoch die Verkehrssicherheit und der Fahrkomfort erheblich beeinträchtigt. Hohe Erhaltungskosten sind die Folge. Bei der EPS-Bauweise kann dieser Nachteil vermieden werden, weil die Setzungen auf ein Minimum reduziert werden. Darüber hinaus gibt es keine Probleme mit einer mangelhaften Verdichtung des Dammkörpers hinter dem Widerlager.



Stabilisierung von Böschungen.

Die Standsicherheit einer Böschung hängt von drei Faktoren ab: Geometrie der Böschung, Lage des Grundwasserspiegels und Scherfestigkeit des Bodens. Bei ungünstigen Bedingungen sind teilweise sehr aufwändige und teure Baumaßnahmen (Ankerbalken, Brunnen, etc.) notwendig, um rutschgefährdete Böschungen zu sanieren. Bauingenieure haben bereits seit längerem erkannt, dass sich Leichtbaustoffe hervorragend zur Reduzierung des Böschungsgewichtes und der damit zusammenhängenden Gravitationskräfte eignen.

Bei der Böschungsstabilisierung können verschiedene Möglichkeiten zur Erhöhung der Sicherheit in Betracht gezogen werden. Die einfachste ist die Abflachung der Böschung nach oben hin, die jedoch nicht immer möglich ist. Auch für Gegengewichtsschüttungen am Böschungsfuß steht nicht immer der erforderliche Platz zur Verfügung. Die kostengünstigste Erhöhung der Standsicherheit ohne jegliche Veränderung der Böschungsgeometrie kann jedoch nur durch Gewichtsverminderung im treibenden Körper mit Leichtbaustoffen erreicht werden. Hier bietet sich EPS-Hartschaumstoff besonders an, da dieser ein bis zu 50-mal geringeres Gewicht als andere Leichtbaustoffe hat. Um beispielsweise eine Gewichtsreduktion von 100.000 kg in einer Böschung mit einer Bodendichte von 2.100 kg/m³ zu erreichen, wären 90 m³ eines Leichtbaustoffes mit 1.000 kg/m³ Rohdichte oder circa 50 m³ EPS erforderlich.

Die Errichtung einer derartigen EPS-Schlichtung erfolgt wie bei der Dammbauweise. Die Blöcke werden auf die Drainage gelegt, die Rückseite der Schlichtung wird abgetreppt. Eine Betonabdeckung über der EPS-Schlichtung ist nicht erforderlich.

Die EPS-Bauweise für Böschungsstabilisierungen führt zu einer erheblichen Reduzierung der Bauzeit und des Erhaltungsaufwandes. Außerdem hat diese Bauweise kaum Auswirkungen auf den Verkehr und keinen negativen Einfluss auf in der Nähe befindliche Gewässer.


Erddruckverminderung auf vertikale Wände.

Bei der Bemessung von starren Wänden im Boden – wie den Wänden von Tiefgaragen, Kellern und Stützwänden – wird der Erdruhedruck herangezogen, da von einer Unverschieblichkeit bzw. Unverformbarkeit der Wand ausgegangen werden muss. Hier führt die Anordnung einer Hinterfüllung aus EPS zur Verminderung des Erddruckes: Die Wände können mit dem geringeren aktiven Erddruck bemessen werden, was zu geringeren Wanddicken und zu Einsparungen bei der Bewehrung führt.


Verminderung von Auflasten auf Decken.

Die Überdeckung von Tiefgaragen- oder Tunneldecken ist eine weitere gebräuchliche Anwendung von EPS-Hartschaumstoff. In diesen Fällen macht man sich neben der guten Wärmedämmung vor allem das geringe Eigengewicht zunutze. Aufgrund der geringeren Auflast sind die Bemessungsgrößen für die Decke entsprechend geringer.



Deformationsschicht über Rohrleitungen.

Unterirdisch verlegte Rohrleitungen zeigen als häufiges Schadensbild Längsrisse im Rohrscheitel infolge von Lastkonzentrationen. Rohre mit großer Steifigkeit, wie z.B. Beton- oder Steinzeugrohre, bilden in der Künette einen mehr oder weniger festen Einschluss, der den Kraftfluss stört und die Spannungen auf das Rohr konzentriert. Steife Rohre behindern die Setzungen; sie ziehen die Lasten auf sich und entlasten den umgebenden Boden.

Durch die Anordnung einer Deformationsschicht über dem Rohr wird eine Umlagerung der Spannungstrajektoren um die Rohrleitung erreicht: Die in der Deformationsschicht eintretenden Stauchungen mobilisieren die inneren Schubkräfte des überlagernden Bodens und bewirken eine Lastverlagerung auf die Seiten und eine Entlastung des Rohres.

Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen Rohrleitungen auf EPS-Platten verlegt werden. Bei einer Pipeline in Santaquin, Utah, wurden die Rohre auf diese Weise vor dem scharfkantigen Felsuntergrund geschützt. Bei Beschädigung der Rostschutzbeschichtung hätte nämlich die Gefahr bestanden, dass die Pipeline zu rosten beginnt.


Deformationsschicht zum Schutz vor Felsstürzen und Lawinen.

In Hochgebirgstälern werden Verkehrswege häufig durch Steinschläge oder Erdrutsche im Frühjahr und Lawinenabgänge im Winter beeinträchtigt. Deshalb werden im Hochgebirge Passstraßen und Bahnlinien oft in Halb- oder Lehnentunnel geführt, die gegen Steinschlag und Lawinen Schutz bieten und den Verkehrsweg passierbar halten.

Die Decken dieser Tunnel sind dabei besonderen Beanspruchungen ausgesetzt, denn sie müssen nicht nur den statischen Belastungen aus Hang und Überdeckung standhalten, sondern auch dynamischen Belastungen, etwa wenn Felsbrocken mit mehreren Kubikmetern Rauminhalt aus großer Höhe auf das Tunneldach stürzen. Üblicherweise wird der Schlag durch die Überschüttung der Tunneldecke gedämpft.

Der Hauptvorteil der EPS-Bauweise auf dem Tunneldach liegt in der Reduzierung des Schlagimpulses bei Felsstürzen auf die Tunneldecke durch die dämpfende Wirkung der Deformationsschicht.

Weitere Vorteile der Überdeckung mit Blöcken aus EPS sind die geringere Belastung der Wände und Decken des Tunnels durch den Leichtbaustoff und die geringeren Kräfte des Gesamtbauwerkes auf den Untergrund. Neben wirtschaftlicherer Bauwerksbemessung führt dies auch zu geringeren Setzungen und erhöht die Sicherheit des Bauwerkes gegen Abrutschungen.


Vibrationsdämpfung im Schienenverkehr.

Die dämpfende Wirkung einer Polsterschicht aus EPS ist aus der Gebäudetechnik als Trittschalldämmung unter schwimmendem Estrich hinlänglich bekannt. Diese Wirkung gegen Erschütterungen macht man sich auch bei Schutzmaßnahmen im Boden zunutze, insbesondere zum Schutz von Wohn- und Bürogebäuden gegen Vibrations- und Körperschallübertragung aus dem Schienenverkehr. Die in der nachfolgenden Abbildung dargestellte Lösung mit einer Polstergründung des Gleiskörpers und einer Deformationsschicht vertikal vor dem Gebäudeuntergeschoß bringt zwei Vorteile: setzungsarme Bauweise für den Bahnkörper und Dämpfung der Erschütterungen aus dem Schienenverkehr.

Die erforderliche Rohdichte des Hartschaumstoffs für die Polstergründung des Gleisbettes ergibt sich aus den Verkehrslasten der Züge und der zulässigen Stauchung. Üblicherweise liegt diese nicht unter 20 kg/m³.

Zur Dämpfung der Erschütterungen direkt vor der Gebäudewand wird elastifiziertes EPS niedriger Rohdichte eingesetzt, ähnlich der Trittschalldämmung in Gebäuden.


Polstergründung gegen Erdbebenwirkung.

Bei der Verwendung von EPS als Deformationsschicht gegen Erdbebenwirkung gilt es, die durch Erdbebenwellen ausgelösten Horizontalbewegungen des Bodens aufzufangen und nur stark gedämpft an das Bauwerk weiterzugeben. Die Verformungen des EPS müssen hierbei im elastischen Bereich der Druck-Stauchungskurve liegen, da Erdbebenbelastungen wiederholt auftreten. Deshalb wird empfohlen, elastifiziertes EPS zu verwenden und die Bemessung für eine maximale Stauchung von zehn Prozent auszulegen.


Sonderanwendungen.

Eine Sonderanwendung befindet sich in Idaho am Lake Coeur d'Alene. Hier wurde 1988 ein Golfplatz mit einem schwimmenden Golfgreen im See gebaut. Die 1.400 m² große Konstruktion besteht aus EPS-gefüllten Betonschwimmkörpern und wiegt insgesamt 2.300 t. Der Abschlag zum „hole 14“ erfolgt vom Ufer aus, wobei die Distanz computergesteuert variiert werden kann und normalerweise zwischen 90 und 160 m beträgt.