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Die Bauweise der bewehrten Erde kombiniert Bodenmaterial mit Bewehrungselementen, um stabile und tragfähige Konstruktionen zu schaffen. Dieses Konzept basiert auf der Idee, dass die Kombination von Erdmaterial mit zugfesten Bewehrungselementen die Gesamtfestigkeit der Struktur erheblich steigert.

Durch die Verwendung von Erdmaterial ergibt sich der Vorteil, dass landschaftsschonende Bauweisen entstehen. In Kombination mit der Ingenieurbiologie gliedert sich das Bauwerk in die Natur ein. Im Gegensatz zu massiven Bauwerken aus Beton wird der Boden regelrecht erhöht, um eine Metapher Gottfried Benns aufzugreifen. Freilich, mit dem Nachteil, dass Kunststoffe eingebaut werden.

In der modernen Geotechnik werden Geokunststoffe als Bewehrungselemente in bewehrter Erde immer häufiger eingesetzt, da sie eine wirtschaftliche und langlebige Alternative zu traditionellen Baustoffen wie Beton oder Stahl darstellen.

Der Grundgedanke der Bauweise „Bewehrte Erde“ ist die Verbundwirkung von Erdstoff und eingelegten Bewehrungselementen durch Reibungskräfte, die an der Oberfläche der Bewehrung wirken. Historisches Vorbild sind Stützbauwerke mit Faschinenbündeln.

Funktionsprinzip der bewehrten Erde

Die Stabilisierung von Bodenmassen mit Bewehrungselementen basiert auf dem Prinzip der Erhöhung der Zugfestigkeit innerhalb der Konstruktion. Ohne Bewehrung besitzt Bodenmaterial nur eine begrenzte Zugfestigkeit, was zu Setzungen und Instabilitäten führen kann.

Während ein Körper aus Erdstoff, der nur durch eine vertikale Spannung belastet wird, sofort zu Bruch geht, weil der zugehörige MOHR’sche Spannungskreis die COULOMB’sche Gerade schneidet, kann bei zusätzlich vorhandener horizontaler Spannung der Körper mit dem Spannungskreis im ungefährdeten Bereich verbleiben (Spannungskreis b). Wird der Erdkörper hingegen bewehrt, kann zwar immer noch vom Spannungszustand nach Spannungskreis a ausgegangen werden, die Bruchgerade verschiebt sich allerdings, indem eine scheinbare Kohäsion in Rechnung gestellt werden kann (c auf der Ordinatenachse). In diesem Sinne verhindert die Bewehrung durch die aufnehmbaren Zugkräfte eine seitliche Deformation.

Die vertikale Belastung wird durch Reibung zwischen dem Erdstoff und der Bewehrung als Zugkraft übertragen, sodass ein seitliches Ausweichen und ein Scherbruch verhindert werden.

Die Einlagerung von Geokunststoffen wie Geogittern oder Geotextilien in horizontalen Schichten innerhalb der Erdmasse bewirkt:

• Erhöhung der Scherfestigkeit durch Kraftübertragung zwischen Boden und Bewehrung

• Reduzierung von Setzungen durch gleichmäßigere Lastverteilung

• Vermeidung von Böschungsversagen durch Widerstand gegen horizontale Verschiebungen

Die Kräfte innerhalb der bewehrten Erde werden über Interaktionseffekte wie Reibung und Verhakung zwischen Bodenpartikeln und Geokunststoffelementen übertragen.

Geokunststoffe als Bewehrungselemente

Geokunststoffe sind synthetische Materialien, die für den Einsatz im Erdbau entwickelt wurden. Die wichtigsten Typen für die bewehrte Erde sind:

Geogitter

Geogitter sind netzartige Strukturen aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polyester (PET). Sie zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit und eine grobmaschige Struktur aus, die eine mechanische Verhakung mit dem Bodenmaterial ermöglicht.

• Funktion: Erhöhung der Zugfestigkeit und Scherfestigkeit des Bodens

• Einsatzbereiche: Stützmauern, Dämme, Böschungen, Straßenbau

Typen von Geogittern:

• Uniaxiale Geogitter: Verstärkung in nur einer Richtung (längs oder quer)

• Biaxiale Geogitter: Verstärkung in zwei Richtungen für gleichmäßige Lastverteilung

Geotextilien

Geotextilien sind aus synthetischen Fasern hergestellte Vliese oder Gewebe mit stabilisierenden Eigenschaften.

• Funktion: Trenn-, Filter- und Bewehrungseigenschaften

• Einsatzbereiche: Straßen- und Bahndämme, Fundamentstabilisierung, Erosionsschutz

Typen von Geotextilien:

• Gewebe: hohe Zugfestigkeit, geringe Dehnbarkeit

• Vliesstoffe: hohe Flexibilität, gute Filtereigenschaften

Geokomposite

Geokomposite kombinieren die Eigenschaften verschiedener Geokunststoffe, z. B. Geogitter mit Geotextilien, um zusätzliche Funktionen wie Drainage oder Erosionsschutz zu bieten.

Konstruktionsprinzipien und Bemessung

Die Konstruktion einer bewehrten Erde erfolgt nach folgenden Schritten:

Bestimmung der Bodenparameter: Scherfestigkeit, Kohäsion, Reibungswinkel; Tragfähigkeit und Verdichtbarkeit des Bodens

Auswahl des Bewehrungssystems: Wahl zwischen Geogittern, Geotextilien oder Geokompositen; Festlegung der Zugfestigkeit und Lage der Bewehrungsschichten

Lastannahmen und Standsicherheitsnachweise: Berechnung von externen und internen Kräften (z. B. Hangdruck, Verkehrslasten); Nachweise zur Standsicherheit (Gleit-, Kipp- und Setzungsnachweise)

Bauausführung: Schichtweiser Einbau der Bewehrung; Verdichtung des Bodens; Kontrolle der Einhaltung der Bauvorschriften

Anwendungsbereiche

Bewehrte Erde mit Geokunststoffen findet in vielen Bereichen Anwendung:

• Stützkonstruktionen: Bau von Wänden und Böschungen zur Hangstabilisierung

• Straßen- und Eisenbahnbau: Verstärkung von Fahrbahnen, Reduzierung von Setzungen

• Hochwasserschutz: Sicherung von Deichen und Uferbefestigungen

• Fundamentstabilisierung: Verbesserung der Tragfähigkeit auf weichem Untergrund

Vorteile

Die Vorteile bewehrter Erde [3] sind:

• geringe Bauzeiten
• Einsatz üblivcher Baumaschinen, wie Bagger, Kipper, Planierraupen, Verdichtungsgeräte
• hoher Mechanisierungsgrad, wenig Arbeitskräfte
• industriell vorgefertigte Bauteile
• Anpassungsfähigkeit an schwierige Geländeverhältnisse und Bauwerksformen, auch im unwegsamen Gelände anwendbar
• weitgehend witterungsunabhängige Bauwerksherstellung
• Unempfindlichkeit dnr Bauwerke gegen große Setzungen
• Ausschluss eines plötzlichen Bruchs, da eine große plastische Reserve zur Verfügung steht
• sehr geringe Eigensetzungen
• Bauwerke nach der Bauweise „Bewehrte Erde“ sind schwere Bauwerke und deshalb für Küstenschutzmaßnahmen, Stau- und Schutzdämme sowie für Schutzbauwerke in der Zivilverteidigung und im militärischen Bereich besonders geeignet
• praktisch unbegrenzte Bauwerkshöhe von Stützkonstruktionen
• Materialtransporte, abgesehen von Erdstofftransporten, fallen in geringem Umfang an
• Außenhautelemente und Bewehrung können von Hand oder mit leichten Hebezeugen transportiert werden
• temporäre Bauwerke ermöglichen eine leichte Rückgewinnung der Baustoffe
• günstige architektonische Gestaltung von Sichtflächen ist möglich
• die Bauweise „Bewehrte Erde“ hat sich bei bisherigen Anwendungsfällen anderen Bauweisen gegenüer als ökonomisch überlegen erwiesen
• die Einsparung von wichtigen Baustoffen, wie Zement und Stahl sowie von Energie und teuren Baukapazitäten (Rammkapazität u. a.) ist sehr groß.

Bewehrte Erde mit Geokunststoffbewehrung ist eine wirtschaftliche, nachhaltige und langlebige Alternative zu traditionellen Bauweisen. Dank der hohen Belastbarkeit und flexiblen Einsatzmöglichkeiten wird diese Technik immer häufiger in modernen Infrastrukturprojekten angewendet.

Mit der Weiterentwicklung von innovativen Geokunststoffen und neuen Bauweisen wird sich diese Technologie weiter verbessern und auch in neuen Anwendungsbereichen wie dem Erosionsschutz und Hochwasserbau eine größere Rolle spielen.

Empfehlung für die Praxis:

• Sorgfältige Planung ist entscheidend für eine sichere und dauerhafte Konstruktion

• Qualitätskontrolle der Geokunststoffe und des Verdichtungsgrads ist essenziell

• Kombination verschiedener Geokunststoffe kann die Gesamtleistung der Konstruktion verbessern

Literatur:

[1] Werner Striegler: „Dammbau in Theorie und Praxis“, Verlag für Bauwesen, Berlin 1998

[2] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik e.V.: „Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen – EBGEO“, Ernst und Sohn Verlag, Berlin 2010

[3] Dietrich Wendt: „Bauweise Bewehrte Erde“, Mitteilungen der Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau, Berlin 1987