Geotechnische Kategorie GK 3

Nach DIN EN 1997-1 (Eurocode EC 7) bzw. DIN 4020 und DIN 1054 wird zwischen drei verschiedenen Geotechnischen Kategorien unterschieden. In diesem Artikel wird die Geotechnische Kategorie GK 3 umfassend erläutert.

Eine Übersicht und grundsätzliche Informationen finden sich im übergeordneten Artikel zum Thema Geotechnische Kategorien.

Die GK 3 betrifft Bauvorhaben, die unter „ungewöhnlichen oder besonders schwierigen Baugrundverhältnissen“ realisiert werden oder die hohe Anforderungen an die geplanten Bauwerke stellen.

Bei einer Unterschreitung der nachfolgend beschriebenen Anforderungen kann gegebenenfalls eine Einstufung in die Geotechnische Kategorie GK 1 oder GK 2 erfolgen.

Baugrundverhältnisse bei GK 3

Die Anwendung der Geotechnischen Kategorie GK 3 erfolgt zum Beispiel bei Baugrund mit regelloser Schichtung oder geologisch wechselhaften Formationen. Solche geologischen Verhältnisse erschweren regelmäßig eine Beurteilung des Tragverhaltens. Außerdem bei Böden, die ein ausgeprägtes Kriech-, Fließ-, Quell- oder Schrumpfverhalten aufweisen. Strukturempfindliche bindige Böden, wie beispielsweise Seeton, sowie weiche organische oder organogene Böden von größerer Mächtigkeit, wie Torf, erfordern ebenfalls eine Einstufung in diese Kategorie.

Bei Fels kann die Einstufung in GK 3 erforderlich sein, wenn der Fels stark zerfällt oder sich auflöst, wie es beispielsweise bei Gips oder Salz vorkommen kann, oder wenn der Fels veränderlich fest ist. Auch das Trennflächensystem spielt eine wesentliche Rolle. Eine ungünstige Orientierung der Trennflächen im Hinblick auf das geplante Bauvorhaben kann ebenfalls eine solche Einstufung erforderlich machen. Zum Beispiel, wenn die Trennflächen so orientiert sind, dass es maßgeblich von den Trennflächeneigenschaften abhängt, ob eine Böschung im Einschnitt versagt.

Auch Bauvorhaben, die durch Bergsenkungen, Tagesbrüche oder Erdfälle beeinflusst werden können, fallen in diese Kategorie.

Die Bewertung des Grundwassereinflusses

Ein weiteres Kriterium für die Wahl von GK 3 sind temporär oder dauerhaft veränderten Grundwasserverhältnissen, die zu einem Risiko für benachbarte Bauwerke führen können. Auch artesisch gespanntes Grundwasser rechtfertigt eine solche Einstufung.

Bei Bauwerken, die einer Wasserdruckbelastung mit einer Wassersäule von über fünf Metern ausgesetzt sind, ist eine solche Einstufung ebenfalls angezeigt.

Geotechnische Kategorie GK 3 bei verschiedenen Bauwerken

Bauwerke mit einem hohen Sicherheitsanspruch oder einer hohen Verformungsempfindlichkeit fallen unter die Geotechnische Kategorie GK 3. Hierunter fallen beispielsweise kerntechnische Anlagen oder Chemiewerke, insbesondere wenn dort gefährliche Stoffe erzeugt, gelagert oder umgeschlagen werden. Zudem werden Bauwerke mit ungewöhnlichen Lastkombinationen, die bei der Gründung berücksichtigt werden müssen, in diese Kategorie eingeordnet.

Ferner fällt die Anwendung der Beobachtungsmethode zur Überprüfung der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit in diesen Bereich.

Bauwerke der Bedeutungskategorien III und IV nach DIN EN 1998-5/NA, bei denen Erdbebenbelastungen in den Standsicherheitsnachweis einfließen, gehören ebenfalls zur GK 3.

Flachgründungen

Besonders hohe Bauwerkslasten, die über Flachgründungen abgetragen werden sollen, erfordern die Einstufung in die Geotechnische Kategorie GK 3. Ebenso gehören beispielsweise flach gegründete Brücken mit großen Spannweiten dazu, die bei Setzungsunterschieden von Stützen und Widerlagern maßgebliche Zwangsbeanspruchungen erfahren. Maschinenfundamente, die hohen dynamischen Lasten ausgesetzt sind, sind ebenfalls dieser Kategorie zuzordnen.

Weitere Beispiele sind Flachgründungen für hohe Türme, wie beispielsweise Sendemasten, Industrieschornsteine oder Windkraftanlagen.

Auch Plattengründungen über Bodenschichten mit unterschiedlichen Steifigkeiten können die Einstufung in die Geotechnische Kategorie GK 3 rechtfertigen. Dies gilt auch für Gründungen neben Bestandsgebäuden, bei denen die Anforderungen der DIN 4123 an Ausschachtungen, Gründungen oder Unterfangungen nicht erfüllt sind.

Mischgründungen mit unterschiedlichen Gründungselementen oder kombinierte Pfahl-Plattengründungen (KPP) gelten ebenfalls als besonders anspruchsvoll und sind in die höchste GK einzustufen.

Pfahlgründungen

Pfahlgründungen mit erheblichen zyklischen, dynamischen oder stoßartigen Einwirkungen, die nicht als veränderliche statische Lasten betrachtet werden können, fallen unter die Geotechnische Kategorie GK 3.

Gleiches gilt für geneigte Zugpfähle mit einer Neigung von weniger als 45° sowie für Zugpfähle, deren Widerstände auf Basis von Erfahrungswerten abgeleitet wurden. Letzteres ist nur in Ausnahmefällen zulässig.

Zusätzlich gehören Pfähle mit Beanspruchungen quer zur Pfahlachse durch Seitendruck (z.B. aufgrund von Ausweichbewegungen weicher Böden) oder durch Biegung aufgrund axialer Belastungen in diese Kategorie. Auch hoch ausgelastete Pfähle, bei denen nur geringe Setzungen auftreten dürfen, sowie Pfähle mit Mantel- oder Fußverpressung müssen in GK 3 eingeordnet werden.

Verankerungen

Bei Dauerankern ist die Einstufung in die Geotechnische Kategorie GK 3 angezeigt. Gleiches gilt für Verankerungen mit Schwellbelastungen oder dynamischen Beanspruchungen, wenn keine ausreichenden Erfahrungen vorliegen.

Baugruben, Gräben und Geländeabfangungen

Böschungen, die eine Höhe von über zehn Metern erreichen, sind in die Geotechnische Kategorie GK 3 einzuordnen. Dies gilt auch – weitgehend unabhängig von der Böschungshöhe – für Böschungen in kriechfähigen Böden oder bei Setzungsfließen. Zudem ist die Einstufung erforderlich, wenn räumliche Bruchkörper zu berücksichtigen sind oder Erdbeben maßgeblich für die Standsicherheit sind.

Stützbauwerke und Baugrubenwände, die tiefer als zehn Meter reichen, fallen ebenfalls in diese Kategorie. Baugruben in weichen Böden erfordern ebenso eine entsprechende Einstufung. Gleiches gilt für Stützbauwerke, die sich in unmittelbarer Nähe zu verschiebungs- oder setzungsempfindlichen Bauwerken befinden.

Erddämme

Dämme, die auf stark geneigtem Gelände errichtet werden, erfordern eine Einstufung in Geotechnische Kategorie GK 3. Dies gilt auch für Dämme auf gering tragfähigem Boden und wenn eine zeitabhängige Prognose der Verformungen erforderlich ist. Dämme, deren Auflast Setzungen an verformungsempfindlichen Bauwerken auslösen kann, fallen ebenfalls in diese Kategorie.

Darüber werden Dämme, deren Tragfähigkeit oder Setzungsverhalten durch zusätzliche Maßnahmen verbessert werden, in diese Kategorie eingestuft.

Bei eingestauten Dämmen ist GK 3 dann angezeigt, wenn diese ständig oder zeitweise mehr als vier Meter eingestaut werden oder ein hohes Schadenspotenzial aufweisen. Beispielsweise aufgrund eines hohen Stauvolumens.

Dämme, bei denen eine Erdbebenbelastung maßgeblich ist, sind ebenfalls dieser Kategorie zuzuordnen.

Weitere Bauwerke und Bauverfahren

Zur Geotechnischen Kategorie GK 3 gehören auch unterirdisch aufgefahrene Hohlraumbauten wie Tunnel, Stollen und Schächte in Lockergestein oder geklüftetem Fels. Besondere Bauwerke wie Senkkastengründungen mit Druckluft sowie Offshore-Bauten, die zum Beispiel über Monopiles gegründet werden, fallen ebenfalls unter diese Kategorie.

Auch Verfahren des Spezialtiefbaus, darunter Schlitzwände, Einpressarbeiten und Düsenstrahlverfahren, sind in der Regel in GK 3 einzustufen. Gleiches gilt für Horizontalbohrungen mit hohen Spülungsdrücken, wie etwa beim HDD-Verfahren oder Microtunneling.

Die Folgen der Anwendung von GK 3

Die Geotechnische Kategorie 3 umfasst Bauvorhaben mit anspruchsvollen geotechnischen Randbedingungen. Die spezifischen Anforderungen an Baugrund, Gründungen, Baugruben und Bauwerke erfordern detaillierte geotechnische Untersuchungen, um die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Auch baubegleitende Messungen sind oftmals erforderlich.

Vom Sachverständigen für Geotechnik werden hier nach DIN 1054 / DIN 4020 „vertiefte Kenntnisse und Erfahrungen in dem jeweiligen Teilgebiet der Geotechnik“ verlangt.

Die grundsätzlichen Anforderungen an den Geotechnischen Bericht unterscheiden sich bei GK 2 und GK 3 nicht, allerdings werden Berichte für Bauvorhaben der Geotechnischen Kategorie GK 3 in aller Regel, bedingt durch die umfassenderen Untersuchungen oder höheren Schwierigkeitsgrad, deutlich umfangreicher ausfallen.