Wenn unser Messteam in Frankfurt am Main anrückt, kommt schweres Gerät zum Einsatz: ein CPT-Raupenfahrzeug mit 20 Tonnen Gesamtgewicht und piezoelektrischen Messspitzen, das den Untergrund im Frankfurter Stadtgebiet sondiert. Ergänzend setzen wir seismische Arrays mit Geophonen im 2-m-Abstand ein, um die Scherwellengeschwindigkeit in den quartären Schichten zu messen. Diese Kombination aus Drucksondierung und geophysikalischer Erkundung ist die Basis jeder belastbaren Bodenverflüssigungsanalyse. In Frankfurt interessieren uns besonders die locker gelagerten Sande und Auelehme entlang des Mains, die bei bestimmten seismischen Anregungen zu einem Festigkeitsverlust neigen. Die Stadt liegt zwar nicht in der höchsten Erdbebenzone Deutschlands, aber die weichen Sedimente im Oberrheingraben reagieren empfindlich auf Fernbeben. Für die Beurteilung des Verflüssigungspotenzials kombinieren wir die Sondierergebnisse mit dem CPT-Versuch, der den Spitzendruck und die lokale Mantelreibung kontinuierlich aufzeichnet und so ein hochaufgelöstes Profil liefert.
Die Verflüssigungsgefahr in Frankfurt hängt weniger von der Erdbebenstärke ab als von der geologischen Vorbelastung der quartären Sande.
Methodik und Umfang
Lokaler geotechnischer Kontext
Was wir bei Frankfurter Projekten immer wieder feststellen: Die Verflüssigungsgefahr wird anfangs systematisch unterschätzt, weil die Stadt nicht im Fokus der Erdbebeningenieure steht. Dabei zeigen unsere Messungen in den Mainauen und im Niddatal, dass locker gelagerte Sande mit einem CPT-Spitzendruck unter 5 MPa schon bei moderaten Beschleunigungen von 0,5 m/s² an der Geländeoberkante in den verflüssigungsgefährdeten Bereich rutschen. Die Konsequenzen sind dramatisch – von differentiellen Setzungen mehrerer Zentimeter bis zum vollständigen Tragfähigkeitsverlust von Flachgründungen. In Frankfurt am Main mit seiner dichten innerstädtischen Bebauung, oft auf historischen Aufschüttungen, bedeutet eine unerkannte Verflüssigungsgefahr ein Risiko für die Standsicherheit des gesamten Bauwerks. Besonders tückisch: Nachbarbebauung kann durch Porenwasserüberdrücke in Mitleidenschaft gezogen werden. Die Baugrunduntersuchung nach DIN 4020 in Verbindung mit einer spezifischen Bodenverflüssigungsanalyse ist daher keine optionale Zusatzleistung, sondern ein essenzieller Bestandteil der Tragwerksplanung in den quartären Talfüllungen des Rhein-Main-Gebiets.
Geltende Normen
DIN EN 1998-5:2010 – Gründungen, Stützbauwerke und geotechnische Aspekte, DIN EN 1998-1/NA:2021 – Nationaler Anhang, seismische Einwirkungen, DIN 4020:2010 – Geotechnische Untersuchungen für bautechnische Zwecke, DIN 18137-3 – Bestimmung der zyklischen Scherfestigkeit (Triaxialversuch), ISO 17025 – Akkreditierung des geotechnischen Labors
Weitere Fachleistungen
CPT-basierte Verflüssigungsbeurteilung
Kontinuierliche Messung von Spitzendruck und Porenwasserdruck mit piezoelektrischen Sonden. Direkte Auswertung des Verflüssigungspotenzials nach dem Verfahren von Robertson & Wride, angepasst an die Frankfurter Baugrundverhältnisse.
Dynamische Laborversuche
Zyklische Triaxialversuche an ungestörten Proben aus dem Frankfurter Stadtgebiet zur Bestimmung der zyklischen Scherfestigkeit und des Porenwasserdruckverhaltens unter seismischer Belastung.
Numerische Verflüssigungsanalyse mit Setzungsprognose
Finite-Elemente-Berechnung des Porenwasserüberdrucks und der resultierenden Setzungen unter Berücksichtigung des Grundwasserspiegels und der spezifischen Schichtgeometrie am Standort Frankfurt am Main.
Typische Parameter
Fragen und Antworten
Ist Frankfurt am Main überhaupt erdbebengefährdet genug für eine Bodenverflüssigungsanalyse?
Frankfurt liegt in der Erdbebenzone 1 nach DIN EN 1998-1/NA, mit Bemessungsbeschleunigungen um 0,4 m/s². Das klingt gering, aber die quartären Sande entlang des Mains und der Nidda sind geologisch jung und wenig vorbelastet – sie können schon bei schwachen Erschütterungen verflüssigen. Wir haben in unseren CPT-Sondierungen im Ostend und in Sachsenhausen mehrfach kritische Zustände dokumentiert. Die Norm fordert eine Verflüssigungsuntersuchung immer dann, wenn wassergesättigte Sande unterhalb von Bauwerken anstehen, und das ist in Frankfurt fast überall der Fall.
Welche Tiefen sind für die Verflüssigungsanalyse in Frankfurt relevant?
In Frankfurt am Main konzentrieren wir die Analyse auf die oberen 15 bis 20 Meter. Die verflüssigungsfähigen Schichten sind meist die sandigen Mainablagerungen zwischen 3 und 12 Meter Tiefe, manchmal auch tiefer liegende pleistozäne Sande. Unsere CPT-Sondierungen reichen routinemäßig bis 25 Meter, um auch tiefere potenziell verflüssigungsfähige Horizonte zu erfassen. Die genaue Tiefe hängt vom Baugrundmodell ab, das wir vorab aus Bohrprofilen und geologischen Karten des Hessischen Landesamts für Naturschutz, Umwelt und Geologie ableiten.
Was kostet eine Bodenverflüssigungsanalyse in Frankfurt?
Die Kosten für eine vollständige Bodenverflüssigungsanalyse in Frankfurt am Main liegen typischerweise zwischen 2.310 und 3.370 Euro, abhängig von der Anzahl der CPT-Sondierungen, dem Laborprogramm und der Komplexität des Schichtaufbaus. Enthalten sind die Felduntersuchungen, die Laborversuche, die numerische Auswertung und ein ausführlicher Geotechnischer Bericht nach DIN 4020. Bei größeren Projekten mit mehreren Sondierpunkten oder aufwändigen dynamischen Triaxialversuchen können die Kosten höher ausfallen.
Wie unterscheidet sich die Verflüssigungsanalyse von einer normalen Baugrunduntersuchung?
Eine Standard-Baugrunduntersuchung nach DIN 4020 liefert die statischen Bodenkennwerte für die Gründungsbemessung – eine Verflüssigungsanalyse geht weit darüber hinaus. Sie bewertet das dynamische Verhalten des Bodens unter zyklischer Belastung, also unter Erdbebeneinwirkung. Dafür braucht es CPT-Sondierungen mit Porenwasserdruckmessung, Scherwellengeschwindigkeiten und oft zyklische Triaxialversuche im Labor. Wir kombinieren beide Untersuchungen in Frankfurt am Main oft in einem Arbeitsgang, weil die Bohrungen und Sondierungen ohnehin am selben Standort stattfinden.