Bauwerkserschütterungen infolge Tiefbauarbeiten

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Achmus
Bearbeiter: Dr.-Ing. Jochen Kaiser / Dr.-Ing. Florian tom Wörden
Laufzeit: Abschluss 2007

Bei vielen Verfahren des Tiefbaus wird gezielt dynamisch auf den Baugrund eingewirkt, beispielsweise um Bodenwiderstände gegen das Eindringen von Konstruktionselementen wie Pfähle oder Spundbohlen zu überwinden und um vor allem nichtbindige Böden effektiv zu verdichten. Bei diesen Bauverfahren werden Erschütterungen durch den Baugrund auf benachbarte bauliche Anlagen übertragen und können dort Schäden verursachen.

Im Zuge einer Bauplanung gilt es daher, mögliche Erschütterungseinwirkungen abzuschätzen und die Baugeräte so auszuwählen, dass eine Beeinträchtigung benachbarter Bauwerke vermieden oder zumindest minimiert wird.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden Ergebnisse von Erschütterungsmessungen ausgewertet mit dem Ziel, Prognosegleichungen zur Abschätzung der Erschütterungsintensität zu entwickeln.
Beispielhaft sind in Bild 2 Messwerte für Erschütterungen infolge Vibrationsrammungen dargestellt. Es wurden hierfür 155 Messreihen ausgewertet. Angegeben ist die maximale Komponente der Fundamentschwinggeschwindigkeit v^F_i,max abhängig vom Abstand des Fundaments r zur Rammstelle. Die dargestellten Linien sind das Ergebnis einer linearen Regressionsanalyse unter Ansatz der Prognosegleichung gemäß Gleichung 1.

Hierin bezeichnet E die maximale Vibrationsenergie pro Schwingungsperiode, welche sich aus der maximalen Geräteleistung W und der Vibrationsfrequenz f zu E = W/f ergibt.

Die genannte Gleichung hat sich als geeignet erwiesen, die Fundamentschwinggeschwindigkeiten infolge Vibrationsrammung zu prognostizieren. Um den für eine Schwingungsprognose benötigten K-Wert zu ermitteln, wurden die Vibrationsgeräte, für die Messwerte vorlagen, in fünf Energieklassen eingeteilt. Die Auswertung liefert dann K-Werte, welche abhängig von vorgegebenen Überschreitungswahrscheinlichkeiten angegeben werden können. Für Vibrationsrammung ergibt sich ein K-Wert von 7,9 für eine Überschreitungswahrscheinlichkeit von 50% und von 18,52 für 2,25% Überschreitungswahrscheinlichkeit.

Insgesamt wurden 550 Messreihen ausgewertet, die während Vibrations- und Schlagrammungen sowie Vibrationsverdichtungsmaßnahmen erfasst wurden. Als Ergebnis der durchgeführten Messwertanalysen werden für die Abschätzung von Fundamentschwingungen v^F_i,max die in Tabelle 1 enthaltenen Prognosegleichungen empfohlen. Mit diesen Gleichungen wird direkt ein Prognosewert für die maximale Fundamentschwinggeschwindigkeitskomponente erhalten. Unterschieden wird zwischen wahrscheinlichem Wert (= Mittelwert, 50% Überschreitungswahrscheinlichkeit) und ungünstigem Wert (2,25 % Überschreitungswahrscheinlichkeit)

Die mittels der in Tabelle 1 angegebenen Gleichungen prognostizierten Schwinggeschwindigkeiten sind die Grundlage einer Bewertung der Schadensrelevanz.

[1] Achmus, M., Kaiser, J., tom Wörden, F. (2004). Bauwerkserschütterungen durch Tiefbauarbeiten. Bericht 20 der Informationsreihe des Instituts für Bauforschung e. V., Hannover

[2] Achmus, M., Kaiser, J., tom Wörden, F. (2005). Bauwerkserschütterungen durch Tiefbauarbeiten. Mitteilungen des Instituts für Grundbau, Bodenmechanik und Energiewasserbau der Universität Hannover, Heft 61.

[3] Achmus, M. (2006). Prognosen für das Fernfeld -Ein praktischer Leitfaden hilft den Ingenieuren bei Erschütterungsproblemen. Deutsches Ingenieurblatt (DIB), Heft 4

[4] Achmus, M., Kaiser, J. (2006). Prognose von Bauwerkserschütterungen infolge Ramm- und Vibrationsverdichtungsarbeiten. XIII. Donau-Europäische Konferenz, Ljubljana

[5] Achmus, M. (2006). Gebäudeschäden infolge Erschütterungseinwirkungen aus Tiefbauarbeiten. 41. Bausachverständigentag Schäden an erdberührten Bauteilen, Frankfurt.

[6] Achmus, M. (2007). Schadensrisikobeurteilung für Erschütterungseinwirkungen aus Tiefbauarbeiten. Buchbeitrag in: Bauschäden im Hoch- und Tiefbau, Teil 2: Tiefbau, Hrsg. V. Rizkallah, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart (in Vorbereitung).

[7] Achmus, M. Wehr, J., Spannhoff, T. (2007). Untersuchung zu Bauwerks- und Bodenerschütterungen infolge Tiefenrüttlung. (In Vorbereitung).