Geotechnik: Auf solidem Fundament bauen

Ob bei der Sicherung von Strassen- und Schieneninfrastrukturen, der Errichtung von Fundamenten oder der Schaffung von Hafenanlagen – seit über 65 Jahren decken die Kompetenzen von WSP BG im Bereich Boden- und Felsmechanik das gesamte Spektrum des geotechnischen Ingenieurwesens ab.

Foto: Bahninfrastruktur auf der SBB-Strecke Vevey-Puidoux (VD)

Die Geotechnik ist eine angewandte Wissenschaft, die die Eigenschaften von Boden und Gestein untersucht, um die Stabilität von Bauprojekten und Bauwerken zu gewährleisten. Es ist eine komplexe Disziplin, die auf empirischen Prinzipien basiert und sich ständig weiterentwickelt. Im Vergleich zu anderen Baustoffen ist der Boden aus mehreren Gründen besonders: Es handelt sich um ein Mehrphasenmaterial (fest / flüssig / gasförmig), das aus mehr oder weniger alten geologischen Prozessen hervorgegangen ist, das man in der Regel nicht auswählt und das sich je nach Lastfall, Wassergehalt, Korngrösse usw. unterschiedlich verhält. Von Natur aus ist der Boden variabel, unvorhersehbar und komplex.

Die Fotogalerie veranschaulicht das Spektrum der von WSP BG angebotenen geotechnischen Leistungen:

1. Stützmauern, Strasse RC715 in Chêne-sur-Bex (VD)
2. Stabilisierung von Rutschungen, Merck-Serono, Corsier-sur-Vevey (VD)
3. Stützmauern, Strasse RC637 Servion-Les Cullayes,
4. Ausgrabung und Ausgrabungsgelände, Parc Simplon CFF, Renens (VD)

 

5. Fundamente und Spezialarbeiten, Umfahrung Stalden (VS)
6. Spezialarbeiten, Amag-Garage, Noville (VD)
7. Ausbau des Westhafens von Rolle (VD)
8. Renovierung des Hafens von Le Basset
9. Gerichtete Bohrungen für die Erdverlegung von sieben Hochspannungsleitungen der BKW

Aufschwung der Geotechnik

Mehrere zeitgenössische Faktoren tragen zum Aufschwung der Geotechnik bei. Erstens werden die Baugebiete immer knapper, zweitens sind die noch nicht erschlossenen Grundstücke oft diejenigen mit den schlechtesten mechanischen Eigenschaften. Der Wunsch Landschaften und Ökosysteme zu erhalten, ermutigt die Bauherren dazu, Infrastrukturen für Transport, Energieerzeugung, Lagerung und sogar Freizeitaktivitäten unterirdisch zu planen und zu bauen. Schliesslich zwingen das Bevölkerungswachstum und die Stadtentwicklung zu dichteren Siedlungen und tieferen Bauten.

Ein interdisziplinärer Ansatz

WSP BG verfügt über einen reichen Erfahrungsschatz, der ein integriertes und optimiertes Management von Naturrisiken geologischer, hydrogeologischer und seismischer Art gewährleistet. Das Know-how der Bauingenieure und Geotechniker des Teams sowie die Organisation der WSP BG-Gruppe ermöglichen einen reibungslosen Ablauf der Arbeiten, bei dem Qualität, Kosten und Fristen unter Kontrolle sind. Das Team kann jederzeit auf seine Spezialisten für komplexe Gebäude, Kunstbauten und Wasserbau zählen.

Von den digitalen Modellen zur Lösung auf dem Feld

Um Problemen wie Hangstabilität, Stützkonstruktionen und Fundamenten sowie Blockschlag zu modellieren, verwenden Geotechniker Computerwerkzeuge. Die komplexesten Probleme werden mit zwei- oder dreidimensionalen Finite-Elemente-Methoden aus der Luft- und Raumfahrt angegangen. Diese nichtlineare Analyse erlaubt eine möglichst genaue Simulation der Bauphasen und der Interaktionen zwischen Boden und Bauwerk. Neben den Modellierungswerkzeugen setzt WSP BG auch Messgeräte für die In-situ-Untersuchung und -Überwachung des Geländes und der damit verbundenen Bauwerke ein: Drucksonden, Scissometer, Neigungs- und Piezometersonden, Rissmesser, Seismographen etc.

Die Geotechnik von den Anfängen bis heute

Altes Ägypten (2000 v. Chr.): Die Ägypter sind die Meister der Errichtung von Fundamenten und Bauwerken aus Erde und Stein.
Altes Rom (1. Jh. v. Chr.): Der römische Architekt Vitruv beschreibt in seinen Werken “De architectura” ausführlich die Techniken für Fundamente, Pfähle und Grabungsumschliessungen im klassischen Altertum.
17. und 18. Jh.: Entstehung der modernen Geotechnik auf der Grundlage der Formalisierung der grundlegenden Gesetze der Gravitation und der Mathematik.
19. Jh.: Aufschwung des Bergbaus und industrielle Revolution. Entwicklung von Theorien zur Beschreibung der Reibung in Bodenmassen, zur Überprüfung der Stabilität von Stützbauwerken, zur Berechnung von Setzungen aufgrund von Belastungen und zur Bewertung der Fliessgeschwindigkeit von Wasser im Boden.
20. Jh.: Die Geotechnik wird zu einer eigenständigen Disziplin, und die Universitäten richten Fachbereiche für Geotechnik ein. Karl Terzaghi und Arthur Casagrande schlagen Theorien und experimentelle Techniken vor, um das komplexe Verhalten von Böden und Felsen zu beschreiben.
21. Jh.: Digitale Methoden, unterstützt durch enorme Rechenleistung, ermöglichen die Erstellung von Modellen und die Verwaltung grosser Datenmengen, die die Charakterisierung geologischer Schichten erleichtern.

An der Spitze der Forschung

WSP BG unterhält seit vielen Jahren enge Arbeitsbeziehungen mit den Instituten und Fachlabors der École Polytechnique Fédérale de Lausanne, insbesondere mit den Labors für Boden- und Felsmechanik. Ebenso sind die Experten von WSP BG an der Ausarbeitung von SIA- und VSS-Normen sowie an nationalen und internationalen Kommissionen beteiligt im Rahmen der AFTES (Association Française des Tunnels et Espaces Souterrains), der Geotechnik Schweiz und des World Tunnel Congress.

Welche Perspektiven für die Geotechnik?

Die Verknappung von Schlüsselressourcen wie Sand und die Erschöpfung von Ablagerungsflächen erfordern innovative Lösungen, die Bodenbewegungen minimieren und die Wiederverwendung von Böden fördern, die früher als wenig nützlich galten (feinkörnige Böden, verschmutzte Böden).

Darüber hinaus erfordert der Klimawandel neue Deiche und Dämme, um unsere Städte zu schützen und den Verlust von Gletschern auszugleichen. Es müssen beträchtliche Erdbauwerke errichtet werden, um unsere Küstengebiete zu verteidigen. In Zukunft werden wir auch vermehrt die Wärmekapazität des Bodens nutzen, indem wir unsere geotechnischen Strukturen mit Sonden ausstatten, die je nach Bedarf Wärme entziehen oder speichern können.

Mit neuen Weltraumprogrammen wie Artemis, die auf die Gründung von Kolonien auf dem Mond und dem Mars abzielen, wird die Geotechnik eine grundlegende Rolle bei der Analyse des besonderen geologischen und gravitativen Kontexts der neuen Gestirne spielen, die die Menschheit zu kolonisieren gedenkt.

Digitale 3D-Analyse des phasenweisen Aufbaus des Projekts zur Erweiterung einer unterirdischen Station der Metro in Toulouse (Quelle: BG Ingenieure und Berater AG)