F a c h b i b l i o t h e k

g r ü n

Ingrid Schegk

Natursteinarbeiten im Garten- und Landschaftsbau

Ingrid Schegk Natursteinarbeiten im Garten- und Landschaftsbau

Dieses Buch ist Bestandteil der Reihe „Fachbibliothek grün“, die von Prof. Dipl.-Ing. Alfred NieseI begründet wurde. In dieser Reihe erscheinen Fach- und Lehrbücher für den Garten- und Landschaftsbau, für Landschaftsarchitekten sowie Garten- und Umweltämter. Herausgeber dieser Reihe sind Prof. Dipl.-Ing. Bjørn-Holger Lay, Prof. em. Dr.-Ing. Mehdi Mahabadi, Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack. Prof. em. Dipl.-Ing. Alfred Niesel Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Landschaftsbau/Baubetrieb Hesselkamp 79 49088 Osnabrück Prof. Dipl.-Ing. Bjørn-Holger Lay Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Baukonstruktion und Bautechnik Am Krümpel 31 49090 Osnabrück Prof. em. Dr.-Ing. Mehdi Mahabadi Hochschule Ostwestfalen-Lippe Lehr- und Forschungsgebiet Technik des Garten- und Landschaftsbaus Hellerkamp 26 42555 Velbert Prof. Dipl.-Ing. (FH) Martin Thieme-Hack Hochschule Osnabrück Fakultät Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur Lehrgebiet Baubetrieb im Landschaftsbau Am Krümpel 31 49090 Osnabrück

Zur Autorin des Buches Prof. Dipl.-Ing. Ingrid Schegk, Hochschulprofessorin für das Lehrgebiet „Baukonstruktion und Entwerfen“ an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Weihenstephan-Triesdorf, Fakultät Landschaftsarchitektur, Mitarbeit im Büro SCHEGK Landschaftsarchitekten Stadtplaner BDLA.

Ingrid Schegk

Natursteinarbeiten im Garten- und Landschaftsbau 144 Abbildungen   30 Tabellen

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort 7

Der Werkstoff: Naturstein und seine Begleiter 9 1

Merkmale und Eignung  10

1.1 Grundbegriffe 11 1.1.1 Mineral 11 1.1.2 Fest- und Lockergestein  12 1.1.3 Naturwerkstein 12 1.2 Bauen mit Natursteinen  13 1.2.1 Geschichtliche Bedeutung  14 1.2.2 Bedeutung im Garten- und Landschaftsbau 17 1.2.3 Regeln der Technik  17 1.3 Eigenschaften 18 1.3.1 Bautechnisch wirksame Eigenschaften  19 1.3.2 Nutzungstechnisch wirksame Eigenschaften 25 1.3.3 Bestimmung und Prüfung von Naturstein 27

2 Naturstein 29 2.1 Geologische Grundlagen  29 2.1.1 Entstehung 29 2.1.2 Einteilung – Systematik  30 2.1.3 Benennung 31 2.2 Vorkommen und Gewinnung  33 2.2.1 Natursteinhandel: lokal versus global 33 2.2.2 Natursteinvorkommen in Deutschland und Europa  34 2.2.3 Abbau von Naturstein  36 2.3 Wichtige Natursteinarten  39 2.3.1 Magmatite – Erstarrungsgestein  40 2.3.2 Sedimentite – Ablagerungsgesteine  47 2.3.3 Metamorphite – Umwandlungsgesteine 55

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Beton, Mörtel und weitere Stoffe 62

3.1 Aufgaben der Natursteinbegleiter  62 3.1.1 Gründung und Unterlage  62 3.1.2 Füllung 63 3.1.3 Oberflächenschutz 63 3.2 Beton und Mörtel  64 3.2.1 Zusammensetzung 64 3.2.2 Eigenschaften 67 3.2.3 Einbau 73 3.3 Nicht mineralische Stoffe  74 3.3.1 Kunststoffmodifizierte Mörtel  75 3.3.2 Dichtstoffe und Imprägnierung  76 3.3.3 Geokunststoffe 78 3.3.4 Weitere Hilfsstoffe  79

Vom Werkstoff zum Werkstein: Ver- und Bearbeitung von ­Naturstein  81 4

Verarbeitung im Steinbruch­ betrieb 82

4.1 Vom Rohblock zum Naturwerkstein  82 4.1.1 Rohblöcke 82 4.1.2 Spalten 83 4.1.3 Sägen, CNC-Technik  84 4.2 Oberflächenbearbeitung 86 4.2.1 Glättende Bearbeitung  87 4.2.2 Aufrauende Bearbeitung  88 4.3 Natursteinprodukte 92 4.3.1 Mauersteine 94 4.3.2 Pflastersteine 98 4.3.3 (Boden-)Platten 103 4.3.4 Bord- und Leistensteine  107 4.3.5 Werksteine für Treppenstufen  109 4.3.6 Weitere Werksteine und Werkstücke 112

Inhaltsverzeichnis

5

Bearbeitung auf der Baustelle 113

5.1 Baustelleneinrichtung 113 5.1.1 Umweltverträglichkeit, Ökologie  113 5.1.2 Sicherheit 116 5.1.3 Logistik 118 5.2 Werkzeuge für die Natursteinbearbeitung 119 5.2.1 Schlagwerkzeuge 121 5.2.2 Setzwerkzeuge 124 5.2.3 Weitere Geräte, Maschinen und Hilfsmittel 128 5.3 Arbeiten am Stein  130 5.3.1 Steine trennen  130 5.3.2 Steine zurichten  133

Vom Werkstein zum Bauwerk und ­Gewerk: Arbeiten mit Naturstein  135 6 Mauerarbeiten 136 6.1 Planung und Bemessung  137 6.1.1 Grundbegriffe 137 6.1.2 Dimensionierung 140 6.1.3 Bauweisen 145 6.2 Mauerwerksverband 149 6.2.1 Allgemeine Anforderungen  149 6.2.2 Polygonale Mauerwerksverbände  152 6.2.3 Orthogonale Mauerwerksverbände  155 6.3 Bauausführung 158 6.3.1 Erd- und Gründungsarbeiten  159 6.3.2 Handwerksgerechtes Mauerwerk  161 6.3.3 Besondere Baudetails  166 6.4 Trockenmauern 169 6.4.1 Bemessung 169 6.4.2 Baugrund und Wasser  174 6.4.3 Bau des Mauerkörpers  175 6.4.4 Lebensräume in der Trockenmauer  178 6.4.5 Artverwandte überwiegend maschinell errichtete Wandkonstruktionen  180

7 Belagsarbeiten 182 7.1 Grundlagen und Belagsaufbau  183 7.1.1 Grundbegriffe 183 7.1.2 Anforderungen an Verkehrsflächen  186 7.1.3 Bauweisen 191 7.2 Verbandsarten 194 7.2.1 Pflasterverbände 195 7.2.2 Plattenverbände 202 7.3 Bauausführung 206 7.3.1 Herstellen des Planums  207 7.3.2 Vom Planum bis zur Unterlage  208 7.3.3 Ausführung der Deckschicht  212

8 Treppenbau 216 8.1 Grundlagen und Begriffe  217 8.1.1 Grundbegriffe 218 8.1.2 Regeln 222 8.1.3 Bauweisen 226 8.2 Stufen- und Treppenarten  227 8.2.1 Stellstufentreppen 227 8.2.2 Block-/Massivstufentreppen 229 8.2.3 Plattenstufentreppen 232 8.3 Bauausführung 234 8.3.1 Bauvorbereitung 235 8.3.2 Gründung 241 8.3.3 Setzen der Stufen  243

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Natursteinarbeiten an Stein­ gärten, Wasseranlagen und ­Ausstattungen  248

9.1 Steingärten 248 9.1.1 Arbeiten mit Lockergestein  249 9.1.2 Steinsetzungen 250 9.2 Wasserbauliche Anlagen  251 9.2.1 Brunnen und Quellsteine  251 9.2.2 Wasserbecken 253 9.2.3 Wasserrinnen, Bachläufe und Kaskaden 256 9.3 Ausstattungselemente 257

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Inhaltsverzeichnis

10 Instandhaltungsarbeiten 259

Service 277

10.1 Natursteingewerke im Alterungsprozess 259 10.1.1 Einflüsse  260 10.1.2 Umweltbedingte Veränderungen  261 10.1.3 Bautechnisch bedingte Veränderungen 265 10.1.4 Nutzungsbedingte Veränderungen  266 10.2 Aufgaben der Instandhaltung an Beispielen 268 10.2.1 Inspektion/Kontrolle  268 10.2.2 Wartung/Pflege  269 10.2.3 Instandsetzung  273 10.2.4 Verbesserung  276

Literaturverzeichnis 277 Verwendete, zitierte und weiterführende ­Literatur  277 Verwendete und zitierte Normen und Regelwerke 278 Bildnachweis 282 Register 283



Vorwort „Mit dem wiedererwachten Interesse am Naturstein kommt auch diesem Buch eine neue Bedeutung zu. Dem tätigen Landschaftsgärtner und dem Berufsnachwuchs wird hier ein Fachbuch in die Hand gegeben, das die neuesten Erkenntnisse und Erfahrungen zum gesamten Stoffgebiet klar darlegt.“ Mit diesen Sätzen eröffnete Alfred Baetzner 1991 das Vorwort zur sechsten und bis heute letzten Auflage seines Buches „Natursteinarbeiten im Garten- und Landschaftsbau: Vorkommen der Gesteine, Bearbeitung und Verwendung“. Sein Werk stellt das inhaltliche Vorbild für die hier vorliegende Neubearbeitung dar. Als Klassiker innerhalb der Landschaftsbau-Fachliteratur war es für Generationen von Ausführenden, Planenden und Studierenden praktischer Wegbegleiter und fachlicher Standard im Bereich Naturstein. Das Interesse am Naturstein ist seither ungebrochen, seine Bedeutung als Bau- und Werkstoff im Garten- und Landschaftsbau inzwischen wohl noch größer als in anderen Baudisziplinen. Entsprechend groß erscheint auch die Herausforderung, nach 25 Jahren eine Neubearbeitung zu versuchen, die einerseits den Ansprüchen der heutigen Praxis an Struktur und regelgerechtem Anwendungsbezug genügt und andererseits den Charme der detaillierten und anschaulich illustrierten Schilderungen Baetzners zum traditionellen Steinhandwerk nicht aufgibt. Das Ergebnis ist ein Buch, das sich an den Arbeitsprozessen rund um den Naturstein orientiert und diesen gewissermaßen von seiner Entstehung und Gewinnung über seine Verwendung im Landschaftsbau bis in die Nutzungs- und Instandhaltungsphase hinein begleitet. Der erste Teil unter dem Titel „Der Werkstoff – Naturstein und seine Begleiter“ widmet sich den Merkmalen und Eigenschaften wichtiger Natursteinarten in Abhängigkeit von ihrer Entstehung sowie den häufigsten Begleitstoffen. Im zweiten Teil „Vom Werkstoff zum Werkstein – Ver- und Bearbeitung von Naturstein“ wird der Gewinnungs- und Verarbeitungsprozess von Natursteinprodukten im Steinbruch und Steinbruchbetrieb beschrieben sowie die wichtigsten vorbereitenden und ergänzenden Bearbeitungsschritte auf der Baustelle. Der dritte und umfassendste Abschnitt schildert den Weg „Vom Werkstein zum Bauwerk und Gewerk“ und erläutert wesentliche Arbeiten mit Naturwerksteinen im Garten- und Landschaftsbau“. Dazu gehören insbesondere Mauer- und Belagsarbeiten, Treppenbau sowie Arbeiten an Steingärten, Wasseranlagen und Ausstattungen. Den Abschluss bil-

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Vorwort

det schließlich die Instandhaltung der so entstandenen Bauwerke, die am Beispiel typischer anfallender Tätigkeiten veranschaulicht wird. In der Hoffnung, eine angemessene Wiederbelebung des Vorgängerwerkes vorgelegt zu haben, gilt folgenden Personen mein ganz besonderer Dank: –– Alfred Baetzner für sein Buch, das sich der handwerklichen Qualität beim Bauen mit Naturstein widmet und damit einen so wichtigen Beitrag zur Erhaltung, auch traditioneller Techniken leistet, –– den Verantwortlichen des Verlages Eugen Ulmer für das Vorhaben, dieses Thema neu aufzulegen, –– dem Redaktionsteam im Verlagsbüro Radebeul, Frau Dr. Angelika Jansen und Birgit Schüller, für ihre stete, sachkundige Beratung und Hilfe, ihre Flexibilität und Geduld, –– Herrn Siegfried Lokau für die konstruktive Zusammenarbeit bei der Konzeption und Ausarbeitung seiner schönen Zeichnungen, –– allen fachlichen Wegbegleitern, Kollegen, Studierenden und Freunden, die mich mit Wissen, Informationen und Bildmaterial unterstützt haben und unterstützen –– sowie schließlich allen Mitgliedern meiner Familie für ihren verständnisvollen Umgang mit meiner Begeisterung für in der Landschaft Gebautes und das Schreiben darüber.

Ingrid Schegk, im Januar 2016

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Der Werkstoff: Naturstein und seine Begleiter

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Abb. 1:  Minerale, die Bausteine des Natursteins, bestimmen seine Eigenschaften, beispielsweise die Farbe: die „roten Felsen“ bei Arbatax (Sardinien)

Merkmale und Eignung

Natürlich entstandenes Gesteinsmaterial unter dem Einfluss von Klima und Bewitterung ist der Ausgangspunkt für die Bildung des Bodens und die Entwicklung von Vegetation auf der Erde. Ebenso ist es der Grundstoff für alle vom Menschen geschaffenen künstlichen Steine und alle mineralischen Baustoffe. Steine und daraus hergestellte Stoffe wie Beton oder Mörtel bewähren sich seit Jahrtausenden für das Errichten von Gebäuden und bei baulichen Eingriffen jeder Art wie kein anderes Baumaterial. Wie viele vorgeschichtliche und antike Beispiele auch heute zeigen, sind Bauten aus Stein besonders dauerhaft. Je nach Art des Steines und der Konstruktionsart können sie den Einflüssen der Umwelt über Jahrhunderte standhalten. Ein Grund dafür ist ihre chemische Zusammensetzung, aus der sich die jeweiligen bautechnisch und gestalterisch bedeutenden Eigenschaften der Steine ergeben. Bevor diese in den nachstehenden Abschnitten genauer betrachtet werden, sollen wichtige Begriffe in Zusammenhang mit dem Werkstoff Naturstein geklärt und seine große Bedeutung für das Bauen im Allgemeinen und den Landschaftsbau im Besonderen veranschaulicht werden.

Grundbegriffe

1.1

Grundbegriffe

Die Bedeutung des Begriffs Stein wird auf vielfältige Weise verstanden und benutzt, vom natürlichen Fels über den nutzbaren Werkstoff bis hin zum wertvollen Edelstein. Alle Steine haben jedoch eines gemeinsam, sie bestehen aus Mineralen. Natursteinkenntnis setzt daher immer auch gewisse Grundkenntnisse über Minerale voraus. Nachstehend werden drei Kernbegriffe in Zusammenhang mit Naturstein erläutert.

1.1.1

Mineral

Minerale sind natürliche Feststoffe, die aus Molekülen aufgebaut sind und eine einheitliche chemische Beschaffenheit haben. Die Moleküle lassen sich in einer chemischen Formel ausdrücken, die zeigt, welche chemischen Elemente in welchen Anteilen miteinander im Molekül verbunden sind. Nur sehr wenige Minerale bestehen aus nur einem Element wie der Diamant, der ausschließlich aus Kohlenstoff (C) gebildet wird. Von den natürlich vorkommenden Elementen der Erde finden sich nur die Edelgase nicht in Mineralen wieder (Müller 2005, S. 9, 15). Viele Minerale sind regelmäßig geometrisch geformt, mit ausgeprägten Spitzen und glatten Flächen zwischen scharfen Kanten. Man bezeichnet sie als Kristalle. Andere haben unregelmäßige, amorphe Formen. Alle Gesteine bestehen aus Mineralen. Diese sind für die bautechnischen Eigenschaften des Steins wie beispielsweise seine Härte (s. Kap. 1.3.1.3, S. 21 f.), aber auch für visuell wirksame Eigenschaften wie die Farbe (s. Kap. 1.3.2.1, S. 25 f.), verantwortlich. Manchmal sind die Minerale auch namensgebend für das Gestein. Es lassen sich monominerale Gesteine, die aus nur einem Mineral bestehen, und polyminerale aus mehreren Mineralen unterscheiden. Dabei sind nur sehr wenige der über 4000 auf der Erde existierenden Minerale an der Bildung der Gesteine beteiligt. Die Wichtigsten lassen sich auf gut 20 beschränken. Zu diesen Hauptgesteinsbildnern gehören Calcit (CalciumCarbonat = CaCO3), Dolomit (Calcium-Magnesium-Carbonat = CaMg(CO3)2) und weitere Carbonate, Quarz (Kieselsäure bzw. Silicium-Dioxid = SiO2) und Feldspäte, die beiden häufigsten Minerale der Erdkruste, Glimmer, beispielsweise Muskovit oder Biotit, Erze, in denen oft das Element Eisen (Fe) enthalten ist, sowie verschiedene Silikate wie Pyroxen, Olivin, Turmalin oder der häufig wein- oder karminrot gefärbte Granat und deren Verwitterungsprodukte, zu denen Serpentin, Talk (Speckstein), Chlorit, Bauxit und weitere Tonminerale wie Montmorillonit oder Vermiculit gehören (Müller 2005, S. 11– 43).

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Merkmale und Eignung

1.1.2

Fest- und Lockergestein

Definitionsgemäß ist Naturstein ein Stück aus natürlich vorkommendem Gestein (DIN EN 12670). Mit dem Begriff Naturstein wird jedoch allgemein meist Gestein bezeichnet, das sich zur Gewinnung als Baustoff eignet oder schon als solcher zur Verfügung steht. Naturstein ist über Jahrmillionen als Mineralgemenge entstanden (s. Kap. 2.1.1, S. 29 f.) und die Grundlage aller anderen vom Menschen hergestellten mineralischen Baustoffe wie Beton, Mörtel oder Ziegel. Natursteine bzw. Gesteine lassen sich in zwei große Gruppen einteilen, in Fest- und in durch Erosion und Zerkleinerung der Festgesteine entstandene Lockergesteine. In natürlich entstandenen Böden bilden sie den untersten, den C-Horizont. Sowohl Fest- als auch Lockergesteine sind in verschiedenen Normen im Hinblick auf bautechnische Aspekte klassifiziert. Dabei wird nach ATV DIN 18300 Erdarbeiten unterschieden in Fels, womit Festgestein bezeichnet wird, und Boden für die Lockergesteine. Ein Klassifizierungsmerkmal für die Lockergesteine ist die Größe der einzelnen Bodenkörner (s. Tab. 1). Kies, Sand und Schluff werden jeweils nochmals in grob-, mittelund feinkörnig unterteilt. Beim Bauen mit Naturstein im Landschaftsbau wird sowohl Fest- als auch Lockergestein verwendet. Natürliche Lockergesteine, vor allem Kies, kommen beispielsweise im Belagsaufbau zur Verwendung (s. Kap. 7, S. 182 ff.). Mit dem Begriff Naturstein wird jedoch im allgemeinen Sprachgebrauch meist Festgestein verbunden.

1.1.3

Naturwerkstein

Aus dem gewachsenen Naturstein entsteht durch Abbau im Steinbruch, Verarbeitung zu einem definierten Erzeugnis und ergänzende Bearbeitung der Oberflächen Naturwerkstein. Bei Natursteinarbeiten im Landschaftsbau werden in aller Regel ausschließlich bearbeitete

Tab. 1: Bodenklassifizierung nach Korngrößen entsprechend DIN EN ISO 14688-1 Bereich

Benennung

Kurzzeichen

Korngröße [mm]

Sehr grobkörniger Boden

Großer Block

LBo

> 630

Block

Bo

> 200 bis 630

Stein

Co

> 63 bis 200

Grobkörniger Boden

Kies

Gr

> 2,0 bis 63

Sand

Sa

> 0,063 bis 2,0

Feinkörniger Boden

Schluff

Si

> 0,002 bis 0,063

Ton

Cl