Geotechnik – was beschreibt sie und ihre Wichtigkeit beim Infrastrukturbau

„Alles, was nicht von Boden oder Fels gestützt wird, treibt oder fliegt entweder davon oder stürzt ein“, heißt es dazu kurz und bündig auf der Internetseite der International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Geotechnik bezeichnet ein breites Spektrum an Disziplinen, die sich mit der Analyse und Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Boden oder Fels und deren Umgang befassen, wenn es um den Bau von Gebäuden oder Bauwerken auf, in oder mit diesen Materialien geht. Im folgenden Artikel wird erläutert, welche Bereiche die Geotechnik genau abdeckt und wie wichtig sie insbesondere in der heutigen Zeit ist, in der immer höhere Gebäude errichtet werden und die Baukomplexität zunimmt.„Alles, was nicht von Boden oder Fels gestützt wird, treibt oder fliegt entweder davon oder stürzt ein“, heißt es dazu kurz und bündig auf der Internetseite der International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Geotechnik bezeichnet ein breites Spektrum an Disziplinen, die sich mit der Analyse und Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Boden oder Fels und deren Umgang befassen, wenn es um den Bau von Gebäuden oder Bauwerken auf, in oder mit diesen Materialien geht. Im folgenden Artikel wird erläutert, welche Bereiche die Geotechnik genau abdeckt und wie wichtig sie insbesondere in der heutigen Zeit ist, in der immer höhere Gebäude errichtet werden und die Baukomplexität zunimmt.

Woher stammt der Begriff der Geotechnik?

Im Jahr 1913 setzte die staatliche Eisenbahnverwaltung in Schweden eine Kommission ein, die sich mit dem Versagen von Böschungen auseinandersetzte. Diese Kommission führte den Begriff "Geotechnik" ein, der sich auch in Deutschland aufgrund seiner internationalen Verständlichkeit immer mehr durchsetzt. Einige Lehrstühle und Institute an Universitäten und Fachhochschulen tragen seit einigen Jahren den Namen "Geotechnik". Früher wurden sie ausschließlich nach ihren Einzeldisziplinen wie Erd- und Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik, Fels- und Tunnelbau usw. benannt.

Inhalt der Geotechnik

Zu den Hauptdisziplinen der Geotechnik zählen Erd- und Grundbau, Bodenmechanik, Fundationsmechanik, Grundwasser-Hydraulik, Felsmechanik, Ingenieurgeologie, Fels- und Tunnelbau, Bergbau, Hohlraumbau, Spezialtiefbau, Verkehrswegebau, Wasserbau, Massenbewegungen, Geothermie sowie Endlager- und Deponiebau. Die Geotechnik befasst sich mit der Stabilisierung von jeglicher Art von Infrastruktur, die aufgrund von Wechselwirkungen von Kräften und Verformungen eine bestimmte Stabilität benötigt - zum Beispiel zwischen dem Baugrund und dem darauf errichteten Gebäude. Dabei berücksichtigt sie auch die Gebrauchstauglichkeit von Deichen und Dämmen, um nur ein Beispiel zu nennen.

Die Tätigkeitsgebiete der Geotechnik

Aus den genannten Inhalten bilden sich nun folgende Kernaufgaben: • Die Beurteilung des Untergrunds und der Grundwasserverhältnisse durch Untersuchungen. • Die Gründung von Bauwerken wie Gebäuden, Brücken, Tunneln und Straßen, inklusive der Ermittlung und Verbesserung der Tragfähigkeit des Untergrunds sowie der Auswirkungen auf und von Verformungen in der Umgebung. • Die Gründung von Wasserbauwerken wie Schleusen, Wehren und Dükern. • Die Sicherung von Geländesprüngen, beispielsweise bei Baugruben und Kaimauern. • Die Standsicherheit von Böschungen und Hängen, Uferbefestigungen und Dämmen. • Die Herstellung und Tragsicherheit von Bauwerken aus Boden, beispielsweise Dämmen, Deichen und Deponien. • Die Untersuchung und Beurteilung abgedichteter, dichtender oder durchströmter Erdbauwerke wie Kanalseitendämme. • Die Messung, Überwachung, Beurteilung und Prognose dynamischer Belastungen wie Rammerschütterungen, Sprengungen und Verkehrsbelastungen. • Der Boden- und Grundwasserschutz.

Ein Beispiel, um die Wichtigkeit der Geotechnik zu verdeutlichen

Der sogenannte „schiefe Turm von San Francisco“ ist ein bekanntes Beispiel für die unzureichende Einbindung der geotechnischen Disziplinen. Der 58-stöckige Luxus-Wohnturm setzte sich innerhalb von sieben Jahren um bis zu 40 Zentimeter. Aufgrund der ungleichmäßigen Setzung neigte sich das Gebäude um 120 Zentimetern und drohte einzustürzen. Der San Francisco Millennium Tower verdeutlicht die gefährlichen Auswirkungen und Risiken einer unzureichenden, inkonsequenten und schlecht geplanten Einbindung der Geotechnik. Doch wie kam es zu dieser Setzung und Schiefstellung? Lag es an der Gründung des Gebäudes oder an der auf dem benachbarten Gelände des Transbay Transit Centers ausgehobenen Baugrube?

Laut einem Bericht der zuständigen US-Behörde National Economic Development Office spielen bei über einem Drittel aller Bauprojekte, die das Budget sprengen, unvorhergesehene Komplikationen aufgrund der Baugrundeigenschaften eine maßgebliche Rolle. Geotechnische Analysen tragen dazu bei, größere bautechnische Probleme zu verhindern, die im schlimmsten Fall katastrophale Auswirkungen haben können. Fortschritte in der Gebäudedatenmodellierung (BIM) tragen durch die Berücksichtigung geotechnischer Daten in den Frühphasen der Planung bei Infrastrukturprojekten ebenfalls einen wertvollen Beitrag. "Grundsätzlich geht es uns darum, den Planern die vorhandene Fülle an geotechnischen Daten bereits zu einem früheren Zeitpunkt der Planungsphase zugänglich zu machen", erläutert Dr. Roger Chandler, Geschäftsführer und Mitgründer der britischen Beratungsfirma Keynetix, die sich auf die Verwaltung geotechnischer und umweltgeologischer Daten spezialisiert hat.

Chandler und Morin predigen eine einfache und kostengünstige Lösung zur Vermeidung geotechnischer Probleme. "Viele Unternehmen im privaten und öffentlichen Sektor verfügen bereits über große Datenarchive, die aus Bohrungen und anderen Untersuchungen gewonnen wurden", erklärt Gary Morin, technischer Leiter und Mitgründer von Keynetix. "Nur sind diese Daten oft in Formaten gespeichert, die den Zugriff erschweren, etwa als PDF-Dateien oder GIS-Schichten, wodurch es schwierig genug ist, sie überhaupt aufzufinden, geschweige denn sie in einer für Ingenieure und Berater brauchbaren Form zu präsentieren. Und das ist nicht zuletzt auch deshalb suboptimal, weil Bohrungen nun mal teuer sind."

Woher stammt der Begriff der Geotechnik? Im Jahr 1913 setzte die staatliche Eisenbahnverwaltung in Schweden eine Kommission ein, die sich mit dem Versagen von Böschungen auseinandersetzte. Diese Kommission führte den Begriff "Geotechnik" ein, der sich auch in Deutschland aufgrund seiner internationalen Verständlichkeit immer mehr durchsetzt. Einige Lehrstühle und Institute an Universitäten und Fachhochschulen tragen seit einigen Jahren den Namen "Geotechnik". Früher wurden sie ausschließlich nach ihren Einzeldisziplinen wie Erd- und Grundbau, Bodenmechanik, Felsmechanik, Fels- und Tunnelbau usw. benannt. Inhalt der Geotechnik Zu den Hauptdisziplinen der Geotechnik zählen Erd- und Grundbau, Bodenmechanik, Fundationsmechanik, Grundwasser-Hydraulik, Felsmechanik, Ingenieurgeologie, Fels- und Tunnelbau, Bergbau, Hohlraumbau, Spezialtiefbau, Verkehrswegebau, Wasserbau, Massenbewegungen, Geothermie sowie Endlager- und Deponiebau. Die Geotechnik befasst sich mit der Stabilisierung von jeglicher Art von Infrastruktur, die aufgrund von Wechselwirkungen von Kräften und Verformungen eine bestimmte Stabilität benötigt - zum Beispiel zwischen dem Baugrund und dem darauf errichteten Gebäude. Dabei berücksichtigt sie auch die Gebrauchstauglichkeit von Deichen und Dämmen, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Tätigkeitsgebiete der Geotechnik Aus den genannten Inhalten bilden sich nun folgende Kernaufgaben: •

• Die Beurteilung des Untergrunds und der Grundwasserverhältnisse durch Untersuchungen.
• Die Gründung von Bauwerken wie Gebäuden, Brücken, Tunneln und Straßen, inklusive der Ermittlung und Verbesserung der Tragfähigkeit des Untergrunds sowie der Auswirkungen auf und von Verformungen in der Umgebung.
• Die Gründung von Wasserbauwerken wie Schleusen, Wehren und Dükern.
• Die Sicherung von Geländesprüngen, beispielsweise bei Baugruben und Kaimauern.
• Die Standsicherheit von Böschungen und Hängen, Uferbefestigungen und Dämmen.
• Die Herstellung und Tragsicherheit von Bauwerken aus Boden, beispielsweise Dämmen, Deichen und Deponien.
• Die Untersuchung und Beurteilung abgedichteter, dichtender oder durchströmter Erdbauwerke wie Kanalseitendämme.
• Die Messung, Überwachung, Beurteilung und Prognose dynamischer Belastungen wie Rammerschütterungen, Sprengungen und Verkehrsbelastungen.
• Der Boden- und Grundwasserschutz.

Ein Beispiel, um die Wichtigkeit der Geotechnik zu verdeutlichen

Der sogenannte „schiefe Turm von San Francisco“ ist ein bekanntes Beispiel für die unzureichende Einbindung der geotechnischen Disziplinen. Der 58-stöckige Luxus-Wohnturm setzte sich innerhalb von sieben Jahren um bis zu 40 Zentimeter. Aufgrund der ungleichmäßigen Setzung neigte sich das Gebäude um 120 Zentimetern und drohte einzustürzen. Der San Francisco Millennium Tower verdeutlicht die gefährlichen Auswirkungen und Risiken einer unzureichenden, inkonsequenten und schlecht geplanten Einbindung der Geotechnik. Doch wie kam es zu dieser Setzung und Schiefstellung? Lag es an der Gründung des Gebäudes oder an der auf dem benachbarten Gelände des Transbay Transit Centers ausgehobenen Baugrube? Laut einem Bericht der zuständigen US-Behörde National Economic Development Office spielen bei über einem Drittel aller Bauprojekte, die das Budget sprengen, unvorhergesehene Komplikationen aufgrund der Baugrundeigenschaften eine maßgebliche Rolle. Geotechnische Analysen tragen dazu bei, größere bautechnische Probleme zu verhindern, die im schlimmsten Fall katastrophale Auswirkungen haben können. Fortschritte in der Gebäudedatenmodellierung (BIM) tragen durch die Berücksichtigung geotechnischer Daten in den Frühphasen der Planung bei Infrastrukturprojekten ebenfalls einen wertvollen Beitrag. "Grundsätzlich geht es uns darum, den Planern die vorhandene Fülle an geotechnischen Daten bereits zu einem früheren Zeitpunkt der Planungsphase zugänglich zu machen", erläutert Dr. Roger Chandler, Geschäftsführer und Mitgründer der britischen Beratungsfirma Keynetix, die sich auf die Verwaltung geotechnischer und umweltgeologischer Daten spezialisiert hat. Chandler und Morin predigen eine einfache und kostengünstige Lösung zur Vermeidung geotechnischer Probleme. "Viele Unternehmen im privaten und öffentlichen Sektor verfügen bereits über große Datenarchive, die aus Bohrungen und anderen Untersuchungen gewonnen wurden", erklärt Gary Morin, technischer Leiter und Mitgründer von Keynetix. "Nur sind diese Daten oft in Formaten gespeichert, die den Zugriff erschweren, etwa als PDF-Dateien oder GIS-Schichten, wodurch es schwierig genug ist, sie überhaupt aufzufinden, geschweige denn sie in einer für Ingenieure und Berater brauchbaren Form zu präsentieren. Und das ist nicht zuletzt auch deshalb suboptimal, weil Bohrungen nun mal teuer sind."