Die Abstützungen eines Mobilkrans leiten hohe Kräfte in den Untergrund ein. Großformatige Lastverteilungsplatten vergrößern die wirksame Aufstandsfläche und verringern dadurch die Bodenpressung. | Foto: Krandienst Schulz
Was bedeutet Bodenpressung konkret?
Die Bodenpressung beschreibt, wie stark ein Untergrund durch eine Last auf einer bestimmten Fläche beansprucht wird. Im Zusammenhang mit Kranen, Hubarbeitsbühnen, Schwertransportfahrzeugen oder anderen schweren Maschinen geht es dabei um eine entscheidende Frage:
Wie viel Kraft wirkt auf wie viel Fläche – und kann der Untergrund diese Belastung sicher aufnehmen?
Je größer die eingeleitete Kraft und je kleiner die belastete Fläche ist, desto höher wird die Bodenpressung. Wird die zulässige Belastbarkeit des Untergrundes überschritten, können Abstützungen, Räder oder Raupenketten einsinken. Ein Kran kann dadurch seine waagerechte Ausrichtung und im schlimmsten Fall seine Standsicherheit verlieren.
Die Begriffe Bodenpressung und Bodendruck werden in der Praxis teilweise gleichbedeutend verwendet. In technischen Unterlagen für Krane und Arbeitsmaschinen ist jedoch meist von der Bodenpressung oder der zulässigen Bodenpressung die Rede. „Bodendruck“ wird daneben häufig als vereinfachter oder allgemeinerer Ausdruck benutzt.
Was bedeutet Bodenpressung konkret?
Ein abgestützter Mobilkran steht nicht mit seinem gesamten Fahrzeugrahmen auf dem Boden. Ein erheblicher Teil der auftretenden Kräfte wird über wenige, vergleichsweise kleine Flächen in den Untergrund eingeleitet: die Abstützteller.
Ähnlich ist es bei anderen Maschinen und Fahrzeugen. Ein Raupenkran überträgt seine Last über die Raupenketten, ein Schwertransportfahrzeug über seine Reifen und Achslinien. Eine Hubarbeitsbühne steht auf Rädern oder Stützen, während ein Turmdrehkran seine Kräfte über ein Fundament, einen Kreuzrahmen oder andere Auflagerpunkte in den Untergrund abgibt.
An diesen Kontaktflächen entsteht die Bodenpressung. Sie wird vereinfacht aus der auf den Untergrund wirkenden Kraft und der tatsächlich belasteten Fläche bestimmt.
Bodenpressung = Kraft ÷ Aufstandsfläche
Je kleiner die Aufstandsfläche ist, desto größer ist bei gleicher Kraft die Bodenpressung.
Ein einfaches Beispiel
Wirkt auf eine Abstützung eine Kraft von 600 Kilonewton und verteilt sie sich auf eine wirksame Fläche von zwei Quadratmetern, ergibt sich überschlägig:
600 kN ÷ 2 m² = 300 kN/m²
Wird die Fläche durch eine größere und ausreichend steife Lastverteilungsplatte auf vier Quadratmeter vergrößert, sinkt die rechnerische Bodenpressung:
600 kN ÷ 4 m² = 150 kN/m²
Das Beispiel zeigt das Grundprinzip: Durch eine größere wirksame Aufstandsfläche kann die Belastung je Quadratmeter verringert werden.
Eine größere Platte allein genügt allerdings nicht automatisch. Sie muss so beschaffen und gelagert sein, dass sie die Kraft tatsächlich über die vorgesehene Fläche verteilt. Eine zu dünne, ungeeignete oder ungleichmäßig aufliegende Platte kann sich durchbiegen oder nur einen Teil ihrer Fläche belasten.
In welchen Einheiten wird die Bodenpressung angegeben?
Die Bodenpressung wird üblicherweise als Kraft je Fläche angegeben. Gebräuchliche Einheiten sind beispielsweise:
- Kilonewton je Quadratmeter, kN/m²,
- Kilonewton je Quadratzentimeter, kN/cm²,
- Newton je Quadratmillimeter, N/mm².
In der Baustellenpraxis finden sich außerdem Angaben wie Tonnen je Quadratmeter. Diese Darstellung ist anschaulich, technisch handelt es sich jedoch um eine vereinfachte Umrechnung einer Kraft beziehungsweise Flächenbelastung.
Ein Wert von rund 100 kN/m² entspricht überschlägig einer Belastung von etwa zehn Tonnen je Quadratmeter.
Bodenpressung und Stützkraft sind nicht dasselbe
Die Stützkraft bezeichnet die Kraft, die an einer einzelnen Kranstütze auftritt. Die Bodenpressung beschreibt dagegen, wie sich diese Kraft auf die belastete Fläche des Untergrundes auswirkt.
Eine hohe Stützkraft muss deshalb nicht zwangsläufig zu einer unzulässig hohen Bodenpressung führen. Wird sie über eine ausreichend große und tragfähige Fläche verteilt, kann die Bodenpressung auf ein zulässiges Maß begrenzt werden.
Umgekehrt kann bereits eine vergleichsweise geringe Kraft problematisch sein, wenn sie nur auf eine sehr kleine Fläche wirkt oder der Untergrund eine geringe Tragfähigkeit besitzt.
Für die Bestimmung der notwendigen Abstützfläche sind deshalb mindestens zwei Werte erforderlich: die maximal zu erwartende Stützkraft und die zulässige Bodenpressung des Untergrundes.
Erforderliche Aufstandsfläche = maximale Stützkraft ÷ zulässige Bodenpressung
Warum verändert sich die Belastung während eines Kranhubes?
Die Kräfte eines Kranes verteilen sich während des Einsatzes nicht dauerhaft gleichmäßig auf alle Abstützungen. Sie verändern sich unter anderem durch die Stellung des Auslegers, die Ausladung, das Gewicht der Last, die Anordnung des Ballastes, die Stellung des Oberwagens sowie durch Wind und Bewegungen beim Heben, Senken oder Drehen.
Dreht der Oberwagen mit Ausleger und Last über eine bestimmte Kranstütze, kann diese deutlich stärker belastet werden als die übrigen Stützen. Die maßgebende Bodenpressung lässt sich deshalb nicht allein aus dem Gesamtgewicht des Kranes ableiten.
Für die Einsatzplanung muss vielmehr die höchste Stützkraft betrachtet werden, die in der vorgesehenen Kranstellung und Arbeitskonfiguration auftreten kann. Herstellerangaben, Stützkrafttabellen oder digitale Planungssysteme liefern dafür die erforderlichen Werte.
Was ist die zulässige Bodenpressung?
Die vorhandene Bodenpressung ist die Belastung, die eine Maschine tatsächlich in den Untergrund einleitet. Die zulässige Bodenpressung beschreibt dagegen die Belastung, die der Untergrund unter den gegebenen Bedingungen sicher aufnehmen darf.
Damit eine Maschine standsicher aufgestellt werden kann, muss gelten:
Vorhandene Bodenpressung ≤ zulässige Bodenpressung
Die zulässige Bodenpressung hängt nicht nur von der sichtbaren Oberfläche ab. Asphalt, Pflaster oder eine scheinbar feste Schotterfläche sagen allein wenig darüber aus, wie tragfähig der gesamte Untergrundaufbau ist.
Entscheidend sind unter anderem die Bodenart und Bodenschichtung, der Verdichtungsgrad, Feuchtigkeit, Grundwasser, Frost, Auffüllungen, unterirdische Leitungen, Schächte, Keller, Kanäle und andere Hohlräume. Auch der Abstand zu Baugruben, Böschungen und Gräben spielt eine wichtige Rolle.
Ein befestigter Platz kann an der Oberfläche stabil wirken und dennoch versagen, wenn sich darunter eine schwach verdichtete Auffüllung, ein Kanal oder ein Hohlraum befindet.
Warum reicht eine Tabelle mit Bodenwerten nicht immer aus?
Tabellenwerte können eine erste Orientierung geben. Sie ersetzen jedoch keine Untersuchung der tatsächlichen Verhältnisse am vorgesehenen Standort.
Bezeichnungen wie „Sand“, „Lehm“, „Schotter“ oder „Asphalt“ beschreiben einen Untergrund nur sehr grob. Zwei äußerlich ähnliche Flächen können völlig unterschiedliche Tragfähigkeiten besitzen.
Die Belastbarkeit kann sich zudem verändern. Starker Regen kann einen zuvor tragfähigen Untergrund aufweichen. Gefrorener Boden kann beim Auftauen nachgeben. Asphalt kann sich bei großer Hitze verformen. Eine frisch verfüllte Fläche kann trotz Verdichtung noch Schwachstellen aufweisen.
Bestehen Zweifel an der Tragfähigkeit, müssen Fachleute für Baugrund, Statik oder Tragwerksplanung hinzugezogen werden.
Wie wird die Bodenpressung verringert?
Die Bodenpressung kann vor allem dadurch verringert werden, dass die Last auf eine größere Fläche verteilt wird. Dafür kommen je nach Gerät und Untergrund beispielsweise Unterlegplatten, Stahlplatten, geeignete Kunststoffplatten, Kantholzunterbauten, Baggermatratzen, Kranmatten oder besonders vorbereitete Tragschichten infrage.
Die Unterlage muss zur auftretenden Kraft, zum Untergrund und zur Art der Belastung passen. Sie muss ausreichend tragfähig und steif sein und möglichst vollflächig aufliegen.
Bei einer Kranabstützung sollte der Stützteller so auf der Lastverteilungsfläche stehen, dass die Kraft möglichst gleichmäßig eingeleitet wird. Eine außermittige Position kann die Platte einseitig belasten, verkanten oder in den Untergrund drücken. Dadurch kann die Stütze absinken und der Kran in Schräglage geraten.
Die wirksame Fläche ist entscheidend
Bei der Berechnung darf nicht automatisch die gesamte sichtbare Fläche einer Unterlegplatte angesetzt werden.
Liegt eine Platte beispielsweise nur an ihren Rändern auf oder befindet sich darunter eine Mulde, wird die Kraft nicht gleichmäßig über die gesamte Fläche verteilt. Gleiches gilt, wenn sich eine Platte stark durchbiegt oder der Untergrund örtlich nachgibt.
Maßgebend ist deshalb die wirksame Lastverteilungsfläche. Sie kann kleiner sein als die geometrische Fläche der Unterlage.
Gerade bei hohen Stützkräften müssen Lastverteilungsplatten und Unterbau daher nicht nur groß genug, sondern auch konstruktiv geeignet sein.
Bodenpressung bei Mobil- und Raupenkranen
Bei einem Mobilkran entstehen im abgestützten Zustand hohe, örtlich konzentrierte Belastungen unter den einzelnen Abstützungen. Die maximalen Stützkräfte hängen von der Kranstellung, dem Ballast, der Auslegerkonfiguration und dem jeweiligen Lastfall ab.
Bei Raupenkranen wird die Belastung über die Raupenketten in den Untergrund eingeleitet. Durch deren große Kontaktfläche ist die mittlere Bodenpressung oftmals geringer als bei kleinen, punktförmigen Aufstandsflächen.
Die Belastung ist jedoch nicht automatisch über die gesamte Raupenlänge gleichmäßig verteilt. Sie hängt unter anderem von der Lage des Gesamtschwerpunktes, der Stellung des Oberwagens, der Auslegerstellung und dem Lastmoment ab. Auch unter einer Raupe kann daher eine örtlich deutlich höhere Belastung auftreten.
Bodenpressung bei Schwertransporten
Bei Schwertransportfahrzeugen wird die Last über Reifen, Achsen oder Achslinien in die Fahrbahn beziehungsweise in den Untergrund eingeleitet.
Eine hohe Zahl von Achslinien verteilt das Fahrzeug- und Ladungsgewicht auf mehr Räder und eine größere Gesamtkontaktfläche. Dadurch kann die Belastung je Achslinie und Rad reduziert werden.
Für die Beurteilung einer Transportstrecke genügt jedoch nicht allein die rechnerische mittlere Bodenpressung. Zusätzlich sind Achslasten, Radlasten, Fahrbahnaufbau, Brücken, Durchlässe, Schächte, Randbereiche und dynamische Belastungen beim Fahren zu berücksichtigen.
Auf temporären Baustraßen, Montageflächen oder Hafenflächen kann eine unzureichende Tragfähigkeit dazu führen, dass einzelne Achslinien einsinken oder das Fahrzeug eine unzulässige Seitenneigung bekommt.
Wer beurteilt die Tragfähigkeit des Untergrundes?
Die Verantwortung für eine sichere Aufstellung lässt sich nicht durch eine bloße Sichtprüfung erfüllen. Je nach Einsatz und Standort werden Angaben oder Nachweise durch den Bauherrn, den Grundstückseigentümer, die Baustellenleitung, den Betreiber der Fläche, einen Tragwerksplaner oder einen Baugrundgutachter benötigt.
Sind Tragfähigkeit oder Untergrundaufbau nicht eindeutig bekannt, müssen sie fachkundig untersucht oder rechnerisch beurteilt werden.
Besondere Aufmerksamkeit erfordern Decken, Tiefgaragen, unterkellerte Hofflächen, Hafenkais, Brückenbauwerke und andere Flächen, unter denen sich tragende Bauteile oder Hohlräume befinden. Dort ist nicht nur die Oberfläche, sondern die Belastbarkeit des gesamten Bauwerks maßgebend.
Die Quintessenz
Die Bodenpressung beschreibt, wie stark ein Untergrund durch eine Kraft auf einer bestimmten Fläche belastet wird. Bei Kranen entsteht sie insbesondere unter den Abstützungen oder Raupenketten, bei Schwertransportfahrzeugen unter den Rädern und Achslinien.
Für eine standsichere Aufstellung muss die auftretende Bodenpressung kleiner sein als die zulässige Belastbarkeit des Untergrundes. Lastverteilungsplatten können die Bodenpressung verringern, sofern sie ausreichend groß, steif und tatsächlich über ihre Fläche wirksam sind.
Entscheidend ist deshalb nicht nur, wie schwer eine Maschine oder Last ist. Entscheidend ist, über welche Fläche die Kräfte eingeleitet werden und was sich unter dieser Fläche befindet.
Verknüpfte Begriffe
Stützkraft · Stützbasis · Kranaufstellung · Bodentragfähigkeit · Lastverteilungsplatte · Abstützung