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Das Bauen am Wasser und im Wasser wirft naturgemäß zahlreiche Herausforderungen auf. Das korrekte Ansetzen der geotechnischen Parameter des Bodens ist komplex. Der Wasserdruck wirkt statisch und dynamisch, es stellen sich je nach Art und Weise der Randbedingungen wechselhafte Strömungen ein. Hinzu kommen Belastungen durch Wellen, die in ihrer Intensität dynamisch sind.

Werden Ufereinfassungen gebaut, wird der Grundwasserspiegel in jedem Fall gestört. Die Anströmrichtung sowie der hydrodynamische Druck gefährden die Ufereinfassung mit Blick auf Erddruck, Wasserdruck und hydraulischem Grundbruch durch Unterströmung. Böschungen sind sowohl luftseitig als auch wasserseitig durch Böschungsbruch gefährdet, was sich insbesondere bei schnellen Wasserstandwechseln, etwa im Bereich von Speicherseen zur Wasserkraftnutzung, auswirkt. Durch Pflasterungen an Böschungen besteht zwar ein Erosionsschutz, jedoch staut sich ein erhöhter Wasserdruck auf.

Die bodenmechanischen Parameter hängen mitunter von den Bauweisen ab. Wird bindiger Boden etwa durchgeknetet, so kann dieser breiig werden und infolgedessen wirkt die Kohäsion nicht. Das Bauen in weichen Böden stellt insgesamt eine größere Herausforderung dar.

Zu unterscheiden ist in der Geotechnik grundsätzlich zwischen totalen und effektiven Druckspannungen. Die effektiven Spannungen sind die Druckspannungen, die auf das Korngerüst wirken, die Reibungskräfte aktivieren und bei Setzungen relevant werden. Da Wasser keine Scherkräfte übertragen kann, sind nur die effektiven Spannungen relevant.

In trockenem Zustand sowie bei nicht wassergesättigten Böden sind die effektiven und die totalen Spannungen identisch, der Porenwasserdruck ist null. Im vollständig wassergesättigten Boden stellen die totalen Spannungen die Summe aus effektiven Spannungen und Porenwasserdruck dar.

• Bei wassergesättigtem, konsolidiertem Boden sind die totalen Spannungen um den Porenwasserdruck abzumindern, es wirken im Bereich der übertragbaren Schubspannung nur die effektiven Spannungen.
• Bei wassergesättigtem, unkonsolidiertem Boden wirkt Porenwasserüberdruck oder (-unterdruck bei Vergrößerung des Porenanteils), da die Konsolidation noch nicht abgeschlossen ist und folglich bei schneller Lastaufbringung die Konsolidation zeitverzögert vor sich geht. Die aufgebrachte Last stützt sich auf das Porenwasser ab, die auf das Korngerüst wirkende effektive Spannung ist null, es wirkt die Kohäsion des undränierten Bodens cu. Letztlich geht der Boden in einen wassergesättigten, konsolidierten Boden über, was allerdings je nach Bodenbeschaffenheit lange dauern kann.

Stellt sich eine Teilsättigung ein, werden effektive Spannungen erzeugt. Die undrainierte Scherfestigkeit, die mit der Kohäsion des undrainierten Bodens zusammenfällt, geht in die drainierten, effektiven Scherparameter über (effektiver Reibungswinkel und effektive Kohäsion).

Im Bereich von geotechnischen Laborversuchen werden bei abgeschlossenen Triaxialversuchen (CU-Versuch) die totalen Spannungen ermittelt und die effektiven Spannungen berechnet.

Insbesondere stellen Schlick, also ein Sediment aus Ton, Schluff und Feinsand, sowie locker gelagerte Sande problematische Störschichten dar, die im Rahmen der Erdarbeiten sowie der Verbauarbeiten zu berücksichtigen sind.

Wird in Erdbebengebieten gebaut, so stellen Erdbebeneinwirkungen eine zusätzliche Belastung dar. Besonders bei Böden, die zur Verflüssigung tendieren, sind folglich gravierende Konsequenzen denkbar.

Der Erdwiderstand im Bereich von Ufereinfassungen kann durch folgende Maßnahmen erhöht werden:

• Bodenaustausch, indem der weiche, bindige Boden durch nichtbindiges Material ersetzt wird: Dabei ist darauf zu achten, dass der Austauschboden mit dem gewachsenen Boden gut verzahn
• Verdichten von locker gelagertem, nichtbindigem Boden, eventuell unter Auflast
• Konsolidierung des weichen, bindigen Bodens unter Auflast
• Aufbringung einer Schüttung
• Verfestigung des gut durchlässigen, nichtbindigen Bodens; es handelt sich allerdings um eine kostspielige Maßnahme, zudem ist die Verfestigung ein Hindernis für nachfolgende Baumaßnahmen

Zudem können die genannten Maßnahmen kombiniert werden.

Im Bereich von Bodenauflast ist eine Schüttung mit hoher Wichte und hohem Reibungswinkel einzubauen und durch Filterregeln oder Filterlagen zu verhindern, dass das Schüttmaterial einsinkt.

Bauen in weichen Böden

Literatur:

[1] Arbeitsausschuss „Ufereinfassungen“ der Hafentechnischen Gesellschaft e.V. und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik e.V.: „Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ufereinfassungen – Häfen und Wasserstraßen“, Ernst und Sohn Verlag, Berlin 2021

[2] Gerd Möller: „Geotechnik – Bodenmechanik“, Ernst und Sohn Verlag, Hoboken 2013