Was geschieht bei einer Bodenverflüssigung?
Von der Bodenverflüssigung sind überwiegend großporige und locker gelagerte Böden wie Sand oder Lehm betroffen, die zudem wassergesättigt sind. Dies bedeutet, dass der bestehende Raum zwischen den Partikeln gänzlich mit Bodenwasser durchsetzt ist. Aufgrund der gleichmäßigen und losen Kornstruktur des Untergrunds berühren sich die einzelnen Körner nur an wenigen Punkten und werden folglich von nur geringer Haftreibung zusammengehalten. Erfährt der Boden schließlich eine dynamische Belastung, etwa in Form von Erschütterungen oder Vibrationen, wird er zusammengepresst – allerdings hält das Wasser im Porenraum diesem Druck entgegen. Dabei wird es bewegt und empor gedrückt, was dazu führen kann, dass die einzelnen Partikel ihre Haftung miteinander verlieren und sich die Scherfestigkeit des gesamten Untergrunds enorm verringert. Infolgedessen verhält sich der Boden schließlich selbst wie eine Flüssigkeit, da sich die festen Bestandteile frei in der wässrigen Matrix bewegen können – daher der Name Bodenverflüssigung bzw. Liquefaktion. Der Laie kann sich das möglicherweise am ehesten so vorstellen, als würde normaler Boden plötzlich zu einer Art Treibsand, in dem nach und nach alle Strukturen versinken.
Hauptverursacher bzw. bekannteste Ursache für dieses Phänomen sind oberflächennahe Erdbeben, deren seismische Wellen die Vibration der Bodenpartikel und die Druckerhöhung bewirken. Doch auch verschiedene technische Bauverfahren machen sich die Bodenverflüssigung zunutze. Hierzu zählen etwa Maßnahmen zur Bodenverdichtung oder aber Vibroflotation, also Rüttelverfahren mittels Sonden zur anschließenden Errichtung von Tiefgründungen – so lässt sich also die Liquefaktion auch gezielt nutzen, um ihr im Anschluss selbst vorzubeugen. Nicht zuletzt bedienen sich auch im Erdbau erforderliche Sprengungen desselben Prinzips, um Bodenstrukturen für den leichteren Abtrag aufzulösen.
Welche Folgen hat die Bodenverflüssigung?
Die Liquefaktion geht logischerweise immer mit einem Festigkeitsverlust des Untergrunds einher. Folglich stellt das Phänomen eine erhebliche Gefahr für unterirdische oder vom Boden getragene Strukturen dar. So kann die Bodenverflüssigung dafür sorgen, dass sich der Untergrund ungleichmäßig setzt. Die Folge daraus sind statische Probleme für Gebäude und Fundamente, welche ebenfalls an unterschiedlichen Stellen verschieden stark absacken. Hierdurch kann es zum Einsturz von oberirdischen Gebäudeteilen oder sogar zu einem Bruch der Bodenplatte kommen.
Auch die Druckveränderungen innerhalb des Bodens können unterirdische Strukturen beschädigen. Gerade Hohlräume wie etwa Leitungs- und Abwasserkanäle sind sehr anfällig für Schäden. Diese können so beispielsweise durch den verflüssigten Untergrund zusammen- oder nach oben gedrückt werden.
Nicht zuletzt beeinflusst die Liquefaktion auch den Wasserhaushalt der Böden selbst. Um den im Untergrund herrschenden, kritischen Druck abzubauen, kann es vorkommen, dass besonders stark verflüssigter Boden durch die oberflächlichen Schichten ins Freie austritt. Dies äußert sich dann durch das Ausbrechen von Wasser- oder Schlammfontänen. Hierdurch können Strukturen an der Oberfläche ebenfalls beschädigt werden, im schlimmsten Fall kommt es auch zu Überschwemmungen, Schlammlawinen oder Erdrutschen.
Wie lässt sich Bodenverflüssigung verhindern?
Um der Bodenverflüssigung zu begegnen und verflüssigungsgefährdeten Baugrund zu verbessern, können verschiedene Maßnahmen zum Schutz von baulichen Strukturen ergriffen werden. Eine Option stellt zum Beispiel eine umfangreiche Bodenverdichtung dar, um die Haftreibung des Untergrunds zu erhöhen. Ähnliches können auch Drainagen erreichen, denn wenn der Baugrund nicht mehr wassergesättigt ist, kann die Bewegung des Bodenwassers durch Vibration die Festigkeit weniger stark beeinflussen. Für eine noch effizientere Verringerung der Gefahr einer Liquefaktion lassen sich auch Tiefgründungen errichten. Besonders bieten sich hier per Rüttelstopfverfahren hergestellte Schottersäulen an, denn diese erhöhen nicht nur die Stabilität des Baugrunds, sondern haben ebenfalls noch eine Drainagewirkung. Doch auch andere Tiefgründungen wie Pfahl- oder Brunnengründungen tragen maßgeblich zu mehr Stabilität des Bodens und der auf ihm gelagerten Bauwerke bei.
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