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Institut für Geotechnik Lehrgebiet Ingenieurgeologie
TU Bergakademie Freiberg ·Institut für Geotechnik,
Gustav-Zeuner-Straße 1 09599 Freiberg Telefon: 03731 39-2521 Fax:
03731 393501 · http://tu-freiberg.de
Lehrmaterial Übungen zur Ingenieurgeologie I
1. Beschreibung von Gestein bzw. Fels 2. Flächendarstellungen
auf dem SCHMIDTschen Netz 3. Kluftkörperkonstruktion im WULFFschen
Netz/
Vorstellen des Programms SolidDIP 2.0 4./5. Aufnahme des
Trennflächengefüges im Steinbruch Münzbachtal (Praktische Übung) 6.
Untersuchung der Gebirgsbeschaffenheit am Kernmaterial von
Bohrungen
(Praktische Übung) 7. Benennen und Beschreiben von Boden 8.1
Konsistenzgrenzen und Vorstellen des Programms SolidLOG 2.0 8.2
Klassifikation von Böden und Vorstellen des Programms SolidLOG 2.0
9. Direkte und indirekte Aufschlussmethoden (Praktische Übung) 10.
Quartäre Lockergesteine und ihre ingenieurgeologischen
Eigenschaften 11.1 Bestimmung der Durchlässigkeit von
Lockergesteinen 11.2 Bestimmung der Gebirgsdurchlässigkeit
(Festgestein)
(Pumpversuch/Auffüllversuch) (Praktische Übung) 12.
Wasserhaltungsmaßnahmen 13. Auswirkungen von Grundwasserabsenkung
und -wiederanstieg
Betreuer: Dipl.-Geol. D. Tondera
Die Übungen gliedern sich in einen theoretischen und einen
anwendungsbezog enen Teil. Die Aufgaben erhalten Sie unter:
http://tu-freiberg.de/fakultaet3/gt/ingenieurgeologie/lehrveranstaltungen/modul-ingenieurgeologie-i)
und sollen zu Beginn der jeweils nachfolgenden Übung für eine
Bewertung abgegeben werden. Die Bewertung von mind. 3 Übungsbelegen
wird in einer Übungsnote zusammengefasst. Weiterhin erhält man nur
bei regelmäßiger Teilnahme einen Leistungsnachweis. Am Ende des
Semesters wird ein Kartierungspraktikum (Erstellung eines bau
geologischen Gutachtens) durchgeführt.
Bitte bringen Sie die unter den jeweiligen Überschriften
angegebenen Unterlagen zu den Übungen mit!
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 1. Beschreibung
von Gestein bzw. Fels (Unterlagen: Zeichengeräte, Farbstifte,
Taschenrechner) 1.1 Theoretische Grundlagen Das Gestein in der
Größenordnung einzelner Kluftkörper oder Probestücke weist ganz
andere Eigen-schaften auf als der Fels im Gebirgsverband, der von
Trennflächen verschiedenster Art durchzogen ist und dessen
Eigenschaften in hohem Maße richtungsabhängig sind.
Gebirgseigenschaften können daher immer nur für einen bestimmten
Gültigkeitsbereich angegeben werden, den sogenannten
Homogenbereich. Seine Abgrenzung ist vom Untersuchungszweck
abhän-gig und ist gegebenenfalls für verschiedene Eigenschaften
unterschiedlich vorzunehmen und auf diese zu beziehen. Als solche
Homogenbereiche kommen Gesteinsserien mit ähnlichen Eigenschaften
und Bereiche mit vergleichbarer Klüftung in Betracht. 1.2
Gesteinsbeschreibung für bautechnische Zwecke Bei der Durchführung
von Felsbaumaßnahmen, wie z. B. der Anlage von Felsböschungen, von
Däm-men aus und auf Fels sowie von Ingenieurbauwerksgründungen, wie
Brücken, Stützmauern etc., ist eine ausführliche Beschreibung für
Gestein und Gebirge (Fels) notwendig. In der Regel erfolgt dies
nach nachstehend genannten Merkmalen:
Gesteinsart (Petrographische Zusammensetzung, Korngröße,
-anordnung, -bindung) Verwitterungszustand Härte, Festigkeit u.a.
[1]
Mit dem „Merkblatt über Felsgruppenbeschreibung für
bautechnische Zwecke im Straßenbau“ der For-schungsgesellschaft für
Straßen und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau [2]
liegt eine Möglichkeit vor, Festgesteine zu beschreiben. Es enthält
in gekürzter Fassung wichtige Arbeitsgrund-lagen und Tabellen. Die
ausführliche Beschreibung von Gestein und Gebirge erfolgt in dem
„Merkblatt zur Felsbeschrei-bung für den Straßenbau“ [3]. Anhand
dieser unverbindlichen Richtlinien soll im Folgenden die
Ge-steinsbeschreibung für bautechnische Zwecke dargestellt werden.
Petrographisch-gewinnungstechnische Bezeichnung Die mineralogische
Zusammensetzung und die Bildung der Gesteine stellen die
wesentlichen Merkmale für die petrographische Gesteinsbezeichnung
dar. Das Merkblatt [2] fasst die Gesteine vereinfachend in Gruppen
ver-gleichbarer Bearbeitbarkeit zusammen. Grundlage hierfür sind
die Bildungsbedingungen. Tab. 1.1: Petrographisch –
gewinnungstechnische Bezeichnung [2]
Code Bezeichnung Beispiel
MA Magmatische Gesteine Granit, Basalt, Porphyrit
ME Metamorphe Gesteine Gneis, Glimmerschiefer
SF SG QU KA
Sedimentgesteine feinkörnige Sedimentgesteine grobkörnige
Sedimentgesteine quarzitische Gesteine karbonatische Gesteine
Tonschiefer, Schluffstein Sandstein, Grauwacken, Konglomerate
Quarzit, Kieselschiefer Kalkstein, Dolomit, Mergelgestein
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 1.2.2
Verwittungsgrad Der gegenwärtige Zustand eines Gesteins bzw.
Gebirges ist wesentlich vom Verwitterungsprozess beeinflusst, dem
es ausgesetzt war. Der Verwitterungsgrad wird in 4 Stufen
eingeteilt. Tab. 1.2: Verwitterungsgrad [2]
Code Bezeichnung Merkmal Gestein Merkmal Gebirge
VU unverwittert unverwittert, frisch, kein Verwitterungseinfluss
erkennbar keine verwitterungsbedingte Auf-lockerung an
Trennflächen
VA angewittert auf frischer Bruchfläche, Verwitterung von
ein-zelnen Mineralkörnern erkennbar (Lupe), begin-nende
Mineralumbildung und Verfärbung
teilweise Auflockerung an Trenn-flächen
VE entfestigt
durch Verwitterungsvorgänge gelockertes, je-doch noch im Verband
befindliches Mineralge-füge, meist in Verbindung mit
Mineralumbildung, insbesondere mit und an Trennflächen
vollständige Auflockerung an Trennflächen
VZ zersetzt
noch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineralneubildung
verändertes Gestein ohne Festgesteinseigenschaften (z. B.
Umwandlung von Feldspäten zu Tonmineralien, von Ton-schiefer zu
Ton)
Kluftkörper ohne Festgesteinsei-genschaften
1.2.3 Härte und Festigkeit Die Kornbindung bzw. Festigkeit eines
Gesteins hängt mit dem Verwitterungsgrad eng zusammen. In [1]
werden nachstehende Abstufungen verwendet.
sehr hart bzw. sehr gute Kornbindung
mit Stahlnagel oder Messerspitze nicht ritzbar bzw. mit Hammer
schwer zu zerschlagen, metallisch klingend und federnder
Hammerrückprall
hart bzw. gute Kornbindung
mit Stahlnagel oder Messerspitze schwer ritzbar bzw. beim
Schlagen mit dem Hammer sehr hell klingend
mäßig hart bzw. mäßige Kornbindung
mit Stahlnagel oder Messerspitze leicht ritzbar bzw. mit dem
Hammer leicht zu zerschlagen und hell klingend
Fest Mit Fingernagel ritzbar bzw. mit dem Hammer dumpf klingend
absandend fest bzw. schlechte Kornbindung
Abreiben von Gesteinsteilchen mit dem Finger möglich
Brüchig-mürb Kanten mit den Fingern abzubrechen entfestigt
Gestein mit den Fingern zerdrückbar
Eine quantitative Erfassung der Härte von Gesteinen enthält
nachfolgende Tabelle: Tab. 1.3: Mineralhärte nach MOHS und
Ritzhärten einiger Gesteine [1]
MOHSscheHärteskale Ritzhärten von Gesteinen
mit Finger ritzbar mit Stahl ritzbar Fensterglas wird
geritzt
Talk Steinsalz Kalkspat Flussspat Apatit Magnetit Orthoklas,
Hornblende Olivin, Pyrit, Hämatit Quarz Topas Korund Diamant
1 2 3 4 5
5,5 6
6,5 7 8 9 10
Quarzit Basalt Granit Gabro Gneis Porphyr Grauwacke Diabas
Melaphy Diorit Kalkstein
7 - 9 6 - 8 6 - 8 6 - 8 6 - 7 6 - 7 6 - 7 5 - 6 5 - 6 5 - 6 3 -
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Tabelle 1.4: Erweiterte Klassifikation der Verwitterungsgrade in
Anlehnung an O. KLOPP und an TGL 11460/01
Gesteinsver- witterungs-
grade Beschreibung
Erscheinungsbild Merkmale Feldversuche:
Hammerschlag / Rückprallhammer
mikros-kopi-sche
Merkmale Porosität und
Wasseraufnahme
unverwittert keine sichtbare Verwitterung, schwache Verfärbung
an Trennflä-chen
frischer Eindruck, unverändert, gesund – fest, hart – sehr hart
C > 50 MPa
heller Klang bei Hammerschlag, hinterlässt keinen Eindruck,
mehrere Hammerschläge erfor-derlich, ritzbar mit Schwierigkeiten Rm
= 30 + / - 10
einheitliche In-terferenzfarben der Minerale
Porosität und Wasserauf-nahme je nach Gestein
angewittert Gestein fest – gering entfestigt, Verfärbung der
Kluftwandungen und der angrenzenden Gesteinsbe-reiche Variante:
Gestein verfärbt, aber fest
frisch, aber evtl. leichte Entfestigung (In-dexvers.) merkbar
enge Kornbindung, mäßig hart C = 25 – 50 MPa
weniger heller Klang, evtl. leichte Einkerbung mit einem festen
Schlag brechbar, nicht bis schwach ritzbar Rm = 20 + / - 10
Teilgefüge ge-trübt, stellenweise Neubildung von Mineralen
Porosität bis 3 Vol.-%, Wasseraufnahme bis 1 Masse-%
mäßig entfes-tigt
Gestein ist entfestigt (spürbar ver-ändert) aber noch nicht
mürbe, Verfärbung der Kluftwandungen und des Gesteins
spürbar verändertes Gestein, z. T. geöffnete Kornbin-dung,
schwach absandend C = 5 – 25 MPa
dumpfer Klang, stärkere Einkerbung bei festem Schlag, mit Hammer
leicht in kleinere Stü-cke – aber größere Stücke mit Hand nicht
zerbrechbar Rm < 10 - 15
starke Trü-bung, durchgreifende Mineralneubil-dung
Porosität größer als 3 Vol.-%, Wasseraufnahme größer als 1
Masse-%
stark entfestigt Gestein ist deutlich bis stark ent-festigt,
starke Verfärbung der Kluftwan-dungen und des Gesteins
Gestein ist brüchig, mürbe, absandend, sehr weich C = 1 – 5
MPa
brüchig bei Hammerschlag, Hammer gute Einkerbung, größere Stücke
mit Hand zer- brechbar; gut ritzbar Rm = 0
Porosität größer als 10 Vol.-% (Richtwert)
zersetzt Gestein ist völlig entfestigt oder zersetzt,
Gesteinsgefüge jedoch erkennbar
Verhalten wie bindiger oder nichtbindiger Bo-den: extrem weich C
< 1 MPa
kann von Hand gelöst werden, Teil der Minerale von Hand zu
zerreiben, in Wasser zu plastifi-zieren
Porosität größer als 15 Vol.-% (Richtwert)
Erläuterungen: C = Einaxiale Druckfestigkeit des Gesteins Rm =
Werte der Prüfung mit dem Rückprallhammer DIN 1048, Teil 2, Mittel
aus 10 Einzelwerten
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
1.3 Trennflächengefüge Das Trennflächengefüge ist die Gesamtheit
aller das Gebirge unterbrechenden Diskontinuitäten. Art bzw.
Entstehung, Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Trennflächen
kennzeichnen zusammen mit den Gestein-seigenschaften die
Gebirgseigenschaften. Trennflächen unterbrechen die gestaltliche
und die mechanische Kontinuität eines Felskörpers. Der Begriff
Trennfläche ist somit der Oberbegriff für folgende
Trennflächenarten: Kluftflächen (Klüfte): K als Ergebnis
tektonischer Prozesse, Schollenbewegungen, Druck-,
Spannungs- oder Temperaturunterschiede; ohne Dislokation
(Ver-schiebung)
Störungsfläche: St tektonische Trennfläche im Gebirge mit
Dislokation Schichtflächen (Schichtfuge): Ss infolge Sedimentation
entstandene Trennflächen (meist parallel) Schieferungsflächen: Sf
parallel gerichtete, engständige Trennfläche, zurückgehend auf
ge-
birgsbildende Prozesse wie Metamorphose, Tektonik In der Regel
treten mehrere Kluftflächen auf, die dann mit numerischen Indizes
K1, K2, K3 usw. bezeichnet werden [3].
Abb. 1.1: Gebirge mit 3 Kluftscharen K1, K2, K3 [2]
Abb. 1.2: Gebirge mit Schichtung Ss und zwei Kluftscharen K1,
K2, von einer Störung St durchtrennt [2]
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 1.3.1 Abstand von
Trennflächen Ein wesentliches Merkmal bei der Gebirgsbeschreibung
ist der Abstand der Trennflächen. Trennflächenabstände werden
zwischen zwei benachbarten Trennflächen der gleichen Raumstellung
(paral-lel), z. B. K1, senkrecht zur Trennfläche gemessen. Es
ergeben sich die wahren Trennflächenabstände d. Bei der Messung
horizontaler Trennflächenabstände (scheinbare Trennflächenabstände
m) sind Umrechnun-gen nach d nur über diverse Winkelbeziehungen
möglich. Die Trennflächenabstände werden nach Tabelle 1.5 in
folgende Stufen eingeteilt: Tab. 1.5: Trennflächenabstand [2]
Code
mittlerer Abstand (in cm)
Toleranz 20 %
Bezeichnung Klüftung Schieferung/
Schichtung
A01
A05
A10
A30
A60
A61
< 1
1 – 5
5 – 10
10 – 30
30 – 60
> 60
sehr stark klüftig
stark klüftig
klüftig
schwach klüftig
kompakt
blätterig
dünnplattig
dickplattig
dünnbankig
dickbankig
massig
Reziprok zum scheinbaren, horizontalen Trennflächenabstand m
verhält sich die Klüftigkeitsziffer k. Sie dient der Kennzeichnung
des Zerlegungsgrades (Klüftigkeit, Kluftdichte) eines Gebirges. Die
Klüftigkeits-ziffer nach STINI wird in einem Homogenbereich durch
Auszählen der Trennflächenschnitte entlang einer Messgeraden
ermittelt:
Lnk [m-1]
n = Anzahl der Trennflächenschnitte L = Länge der Messstrecke
[m] Sie enthält Beiträge von allen vorhandenen
Haupttrennflächenscharen und wird deshalb als durchschnittliche
Klüftigkeitsziffer bezeichnet. Dieser Ermittlung der
Klüftigkeitsziffer muss jedoch eine statistisch abgesicherte Anzahl
von Messungen zugrunde liegen.
k = ka + kb + ... + kn z. B. ka – Teilklüftigkeitsziffer für
Haupttrennflächenschar K1;
kb – Teilklüftigkeitsziffer für Haupttrennflächenschar Ss usw.
Die Ermittlung von Teilklüftigkeitsziffern für jede einzelne
Haupttrennflächenschar ist meist nur theoretisch möglich
(Messgerade kann nur an Oberfläche des Gesteins angelegt werden und
nicht im Inneren). Zwischen Teilklüftigkeitsziffern und mittleren
horizontalen Trennflächenabständen m besteht jedoch der oben
erwähnte reziproke Zusammenhang [4].
n
nb
ba
a m1k ... ;
m1k ;
m1k
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 1.3.2 Stellung der
Trennflächen im Raum und ihr Bezug zum Bauwerk 1.3.2.1 Begriff der
Raumstellung Die Raumstellung umfasst das Streichen und Fallen
einer Trennfläche.
Abb. 1.3: Darstellung der Begriffe „Streichen“ und „Fallen“ [3]
Streichen Schnittlinie einer geneigten Fläche (Trennfläche) mit
einer Horizontalebene (Streichli-nie) (in Abb. 1.3: schraffierte
Fläche) Streichrichtung Himmelsrichtung, in der die Streichlinie
verläuft; wird als Abweichung von der Nord-
richtung im Uhrzeigersinn angegeben (in Abb. 1.3: 30° )
Einfallen senkrecht zur Streichlinie in der einzumessenden Fläche
liegende Gerade (Falllinie) Einfallrichtung Himmelsrichtung, in der
die Falllinie verläuft, wird als Abweichung von der Nordrich-
tung im Uhrzeigersinn angegeben; 0° 360° (in Abb. 1.3:
Streichrichtung 30° + 90° = Einfallrichtung 120°)
Einfallwinkel Neigungswinkel des größten Gefälles einer Fläche
(Neigung der Falllinie gegenüber
der Horizontalen; 0° 90°
Zwei eingemessene Linien kennzeichnen damit eindeutig die Lage
einer Trennfläche im Raum. Üblich ist die Angabe von
Streichrichtung und Einfallwinkel oder Einfallrichtung und
Einfallwinkel. Da die Winkelangabe der Streichrichtung jedoch nicht
eindeutig die Lage der Trennfläche im Raum bestimmt, sind hierbei
weitere Angaben erforderlich (Quadrant des Einfallens) siehe Übung
2 Schreibweisen für tektonische Flächen. Beispiel für Abbildung
1.3: Streichrichtung/Einfallwinkel: 030°/30° SE
oder Einfallrichtung/Einfallwinkel: 120°/30° Zur Vermeidung von
Verwechselungen wird stets dreiziffrig vorangestellt und
zweiziffrig nach einem Schrägstrich angefügt [3].
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 1.3.2.2 Neigung
der Trennflächen Zur Beschreibung der Raumstellung der Trennflächen
wird zunächst ihre Neigung einem Winkelbereich zuge-ordnet. Die
Neigung ist der Winkel, den die Trennfläche mit der Horizontalen
einschließt (Einfallwinkel ). Folgende Winkelbereiche sind gemäß
Tabelle 1.6 zu unterscheiden: Tab. 1.6: Einfallswinkelbereich von
Trennflächen [2]
Code
Winkelbereich (in °)
Toleranz Bezeichnung
N1
N3
N6
N9
0 – 10
10 – 30
30 – 60
60 – 90
söhlig
flach
geneigt
steil
1.3.2.3 Richtung der Trennflächen in Bezug auf die Straßenachse
Die Streichrichtung der Trennflächen bildet ferner mit der
Straßenachse im Grundriss einen Winkel, dessen Größe den Felsabtrag
beeinflusst. Dieser Winkel wird nach Tabelle 1.7 wie folgt
berücksichtigt: Tab. 1.7: Winkel zwischen Streichrichtung und
Bauwerksachse [2]
Code
Winkelbereich (in °)
Toleranz Bezeichnung
RA
RS
RQ
0 – 15
15 – 75
75 – 90
achsgerecht
schräg
querschlägig
Mit Rücksicht auf Straßenbautechnik und Einfachheit in der
Baupraxis wird die Richtung des Streichens auf die Straßenachse
bezogen. Abb. 1.4 stellt die Winkelbereiche im Grundriss dar.
Abb. 1.4: Winkelbereiche RA, RQ, RS in Bezug auf die
Straßenachse [2] Die Möglichkeiten und die Bedeutung der nach
diesem Merkblatt beschriebenen Raumstellung der Trennflä-chen
verdeutlichen Tabelle 1.8 und Abbildung 1.5.
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Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Abb. 1.5: Richtungs- und Neigungseinteilung [2]
1.4 Beispiele Felsbeschreibung nach Merkblatt
Petrogr.-gewinnungst. Bez.: Magmatisches Gestein MA
Verwitterungsgrad: unverwittert VU Haupttrennfläche K1:
Abstand: kompakt A61 Neigung: flach N3 Richtung: querschlägig
RQ
Kurzbezeichnung Code: MA VU A61 N3 RQ Wird die Angabe weiterer
Trennflächen erforderlich, so wäre diesem Beispiel hinzuzufügen:
(K2): MA VU A61 N9 RQ (K3): MA VU A61 N9 RA [2] 1.5 Weiterführende
Angaben Weiterführende Angaben können zur Beschaffenheit der
Trennflächen gemacht werden. Dazu gehören ihre Öffnungsweite (von
praktisch geschlossen bis dm-Bereich), die Art ihrer Füllung (z. B.
Quarz, Kalzit, Mylo-nit, Ton, Lehm) und die Beschaffenheit ihrer
Wandungen (Oberflächenform – stufig, wellig, eben und Rau-higkeit –
rau, glatt, harnischartig) [3]. 1.6 Verwendete Unterlagen [1]
Prinz, Helmut: Abriss der Ingenieurgeologie. 2., neubearb. u. erw.
Aufl. Stuttgart : Enke. 1991. – ISBN
3 –432-92332-5, S. 78- 81
[2] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen,
Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau: Merk-blatt über
Felsgruppenbeschreibung für bautechnische Zwecke im Straßenbau.
Ausgabe 1980
[3] Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen,
Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau: Merk-blatt zur Felsbeschreibung
für den Straßenbau. Ausgabe 1992
[4] Müller-Salzburg, Leopold: Der Felsbau. Erster Band. 1.
Nachdruck. Stuttgart : Enke. 1980. S. 230 -231
Tab. 1.8: Zusammenhang zwischen Neigung der Trennfläche und Lage
der Trennfläche zum Bauwerk [2]
Raumstellung
Neigung
söhlig N1
flach N3
geneigt N6
steil N9
Lage
zur
St
raße
nach
se
achsgerecht RA RAN1 RAN3 RAN6 RAN9
schräg RS
RSN1 RSN3 RSN6 RSN9
querschlägig RQ RQN1 RQN3 RQN6 RQN9
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Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
2. Flächendarstellungen auf dem SCHMIDTschen Netz [Unterlagen:
Zeichengeräte (Lineal, Zirkel), Farbstifte, mindestens 2 x
Transparentpapier (A4), Reiß-zwecke, Taschenrechner, SCHMIDTsches
Netz wird ausgeteilt] 2.1 Einmessen der Raumstellung von
Trennflächen Die Raumstellung von Trennflächen im Gelände kann mit
dem Geologenkompass (Zweikreis-Geologen-kom-pass nach CLAR)
bestimmt werden. Er ermöglicht die Messung von Streich- oder
Fallrichtungen und Fallwin-keln in einem Arbeitsgang. Abb. 2.1:
Geologenkompass (Freiberger Präzisionsmechanik GmbH) [5] Der
Kompassteilkreis ist sowohl für direkte Ablesung der
Streichrichtung als auch der Einfallrichtung orientier-bar. Wir
wollen uns im Folgenden auf die Messung von Einfallrichtung und
Einfallwinkel (Neigung) be-schränken, da diese Daten am
unkompliziertesten weiterbearbeitet werden können. Dazu muss die
Nord-Süd-Verbindung des Kompassteilkreises senkrecht zur
Fallmessplatte verlaufen (Süd-Marke = 180°) liegt an der
Fallmessplatte. Vorgehensweise [3,5] 1. Fallmessplatte (1) des
Kompasses an eine möglichst gut ausgeprägte und repräsentative
Trennfläche
entsprechend den Möglichkeiten in Abb. 2.2 anlegen,
2. Dosenlibelle (6) in Horizontalstellung bringen,
3. Arretiertaste (8) drücken bis sich die Magnetnadel (10)
eingespielt hat, dann wieder loslassen,
4. Kompass abnehmen (Vorsicht: Fallmessplatte nicht bewegen!)
und ablesen der Richtungswerte
4.1 Ablesen des Einfallwinkels (der Neigung) am Höhenkreis (3)
zwischen 0° und 90° (3 = 30°; 6 = 60° usw.); z. B. ...../43°
4.2 Ablesen der Einfallrichtung im Kompassteilkreis 4.2.1 Am
schwarzen Magnetnadelende bei liegenden Flächen, wenn der
abgelesene Winkel am Hö-
henkreis im nicht markierten bzw. schwarzen Bereich liegt (Abb.
2.3) bzw.
4.2.2 Am roten Magnetnadelende bei hangenden Flächen, wenn der
abgelesene Winkel am Höhen-kreis im rot markierten Bereich liegt
(Abb. 2.3) durch Ablesung des Wertes am Kompassteilkreis, auf den
das Magnetnadelende zeigt (dabei entspricht z. B. der Wert 23 einem
Winkel von 230°). Der Kompassteilkreis ist von Norden her entgegen
dem Uhrzeigersinn (linksläufig) eingestellt; deshalb sind auf dem
Geologenkompass die Angaben von West und Ost vertauscht. Es ergibt
sich die Einfallrichtung der gemessenen Trennfläche als Winkel
(Abweichung) von der Nordrich-tung.
5. Ergebnis: Einfallrichtung und Einfallwinkel der Trennfläche,
im Beispiel: 230°/43°
1 Fallmessplatte mit Anlegekante 2 Klinometerteilung 3
Höhenkreis (Stirnteilung) 4 Röhrenlibelle 5 Halteschnur für Kompass
6 Dosenlibelle 7 Gehäuse 8 Arretiertaste 9 Kompassteilkreis 10
Magnetnadel 11 Klinometer
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Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Hinweis 1: Üblich ist die umgekehrte Reihenfolge beim Ablesen
der Richtungswerte (erst Einfallrichtung, dann Einfallwinkel),
analog der Schreibweise, um Verwechselungen zu vermeiden. Die
dargestellte Vorgehens-weise sichert jedoch ab, das man nach dem
Ablesen des Einfallwinkels am Höhenkreis sofort den markierten
Bereich (rot oder schwarz) erfasst und damit genau weiß, an welchem
Nadelende (rot oder schwarz) man die Einfallrichtung ablesen muss.
Hinweis 2: Zieht man von der Einfallrichtung 90° ab, erhält man die
Streichrichtung. Abb. 2.2: Abb. 2.3: Möglichkeiten zum Anlegen
Anlegen der Fallmessplatte an das Liegende (schwarzer der
Fallmessplatte [5] Bereich) oder an das Hangende (roter Bereich)
[3] 2.2 Schreibweisen für tektonische Flächen In der
internationalen geologischen Literatur sind verschiedene
Schreibweisen für tektonische Flächen ge-bräuchlich, die auf
kompassspezifischen Messtechniken beruhen: a) die geologische
Schreibweise (auch Clausthaler Form) b) die Gefügeschreibweise
(auch Wiener Form) c) die amerikanische Schreibweise zu a) Bei der
geologischen Schreibweise wird das Streichen einer Fläche als ein
im Uhrzeigersinn gemessener Winkel als Abweichung von Nord zwischen
0° und 180° angegeben und zusätzlich zum Einfallwinkel der
Quad-rant des Einfallens genannt, z.B. 40/35 SE oder 40/35 NW
(40/35 SE = geologische Schreibweise =
Streich-richtung/Einfallwinkel und Quadrant des Einfallens). zu b)
Mit der Gefügeschreibweise wird unmittelbar die Richtung angegeben,
in die eine Fläche einfällt. Die Gefü-geschreibweise gibt also
einen Winkel zwischen 0° und 360° an, gemessen im Uhrzeigersinn,
als Abweichung von Nord. Die Angabe eines Quadranten des Einfallens
erübrigt sich (z.B. 130/35 = Gefügeschreibweise =
Einfallrichtung/Einfallwinkel ̂ 40/35 SE der geologischen
Schreibweise; 130° muss somit im Quadranten SE zwischen 90° (E) und
180° (S) liegen). zu c) Bei der amerikanischen Schreibweise wird
das Streichen einer Fläche mit einem Winkel zwischen 0° und 90°
angegeben und zwar als Abweichung in östlicher oder westlicher
Richtung von Nord. Die Flächen-daten N 040 E, 35 SE sagen z.B. aus,
dass diese Fläche in ihrem Streichen von Nord um 40° nach Ost
abweicht und mit 35° nach Südosten einfällt (vergleiche geologische
Schreibweise: 40/35 SE, Gefügeschreib-weise: 130/35) [6].
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 2.3
Flächendarstellungen auf dem SCHMIDTschen Netz Die mit dem
Geologenkompass erhaltenen Messwerte (Raumstellungen der
Trennflächen ) können mit-hilfe der sogenannten
Lagenkugelprojektion dargestellt werden (Abb. 2.4). Dabei werden
Flächen in eine untere, geographisch orientierte Halbkugel gestellt
und ihre Schnittbeziehungen mit dem Kugelmantel ausge-wertet. Die
Äquatorebene der Halbkugel ist mit einer Gradnetzvorlage, dem
winkeltreuen WULFFschen Netz (stereographische oder konforme
Abbildung, LAGRANGEsche Projektion) oder dem flächentreuen
SCHMID-Tschen Netz (äquivalente Abbildung, LAMBERTsche Projektion)
versehen (Abb. 2.5). Das WULFFsche Netz eignet sich z. B. zur
Darstellung von Kluftkörpern. In der Ingenieurgeologie wird das
SCHMIDTsche Netz verwendet, da damit die statistische Verteilung
von tektonischen Raumlagewerten ermittelt werden kann. [6,7] Abb.
2.4: Abb. 2.5: Lage der Projektionsebene in der Lagenkugel
WULFFsches Netz SCHMIDTsches Netz bei einem äquatorständigen Netz
[6] (winkeltreu) (flächentreu) [8] Wird die Schnittfigur einer
Trennfläche mit dem Kugelmantel (Lagenkugel) in die Äquatorebene
projiziert, ergibt sich ein sogenannter Großkreis (Abb. 2.6 a).
Beim Errichten einer Normalen, senkrecht zur Trennfläche, ergibt
sich auf dem Kugelmantel ein Durchstoßpunkt. Wird dieser in die
Äquatorebene projiziert, erhält man den sogenannten Polpunkt oder
Flächenpol (Abb. 2.6 b).
Abb. 2.6: Darstellung geologischer Flächen in der Lagenkugel
[7]
a) räumliche Darstellung in der unteren Halbkugel b)
Lagenkugel-Schnitt zur Darstellung des Flächenpols
Für die Flächendarstellung im SCHMIDTschen Netz existieren
verschiedene Vorgehensweisen in Abhängig-keit von der jeweiligen
Schreibweise (Gefügeschreibweise, geologische und amerikanische
Schreibweise) [7]. Im Folgenden soll nur die Darstellung für Daten
in der Gefügeschreibweise erklärt werden. Liegen Mess-daten für
Trennflächen in anderen Schreibweisen vor, können diese in die
Gefügeschreibweise umgerechnet werden und danach zur Darstellung
kommen.
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Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Vorgehensweise
Abb. 2.7 geg.: Einfallrichtung , Einfallwinkel ; z. B. 037/50 a)
Großkreis 1. Auf einer Transparentpapier-Oleate den Umriss des
SCHMIDTschen Netzes eintragen und die 0°-Richtung
(Nordpol des Netzes) auf der Oleate als Nordmarke mit kurzem
Strich (N) markieren, 2. Drehen der Oleate über dem Netz entgegen
dem Uhrzeigersinn, bis die Nordrichtungen der Oleate und
des Netzes einen Winkel einschließen, der der Einfallrichtung
entspricht (in Abb. 2.7: 37°), 3. Abtragen des Einfallwinkels auf
der Oleate über dem nördlichen Ast des Nord-Süd-Durchmessers
des
Netzes von außen nach innen, also ausgehend vom Nordpol des
Netzes (in Abb. 2.7: 50°), 4. Drehen der Oleate, bis der so
ermittelte Punkt über der Äquatorlinie des Netzes auf einen
Großkreis zu
liegen kommt und Hochzeichnen dieses Netzgroßkreises. b)
Flächenpoldarstellung (Normalendarstellung) 1. Vorbereiten der
Oleate gemäß a), 2. Drehen der Oleate über dem Netz entgegen dem
Uhrzeigersinn, bis die Nordrichtungen der Oleate und
des Netzes einen Winkel einschließen, der der Einfallrichtung
entspricht (in Abb. 2.7: 37°), 3. Abtragen des Einfallwinkels auf
der Oleate über dem südlichen Ast des Nord-Süd-Durchmessers des
Netzes von innen nach außen, also ausgehend von Mittelpunkt des
Netzes (in Abb. 2.7: 50°). Anmerkung: Der so ermittelte Polpunkt
hat auf dem Nord-Süd-Durchmesser des Netzes einen Abstand von 90°
zum Falllinienpol und zu dem Großkreis (siehe kleine Skizze in Abb.
2.7) [6]. Für eine statistische Auswertung einer größeren Menge von
Messdaten eignet sich die Darstellung der Pol-punkte der
Trennflächen (Abb. 2.8 a). Dadurch sind Bereiche bevorzugter
Trennflächenorientierung (Hauptt-rennflächenscharen) erkennbar und
die Aufstellung von Dichteplänen ist möglich (Abb. 2.8 b). Aus
solchen Diagrammen können die Gruppierungen der Trennflächen zu
Scharen, die Streuungen der Raumstellungen innerhalb der Scharen
und die mittleren Orientierungen der einzelnen Trennflächenscharen
entnommen wer-den. Als mittlerer Wert für die Raumlage einer
Haupttrennflächenschar ergibt sich der am häufigsten auftre-tende
Wert (nicht der Mittelwert).
Abb. 2.8: a) Polpunktdarstellung b) Dichteplan der Polpunkte c)
Großkreisdarstellung [1]
Großkreisdarstellungen (Abb. 2.8 c) werden in der
Inge-nieurgeologie häufig für räumliche Stabilitätsbeurteilun-gen
(Standsicherheitsbetrachtungen) an Böschungen genutzt. Durch die
Veranschaulichung der räumlichen Beziehungen zwischen einer
Böschungsfläche und den auftretenden Trennflächen können
Bewegungsmöglich-keiten im Gebirge abgeleitet werden.
Böschungsausbrü-che treten z. B. auf, wenn zwei Trennflächen sich
so kreuzen, dass ihr Verschnittlinear flacher als die Bö-schung
einfällt (Abb. 2.9; siehe auch Übungen zur Ingenieurgeologie II,
Versagensmechanismen in Bö-schungen) [1].
Abb. 2.9: Ausgleitmöglichkeiten eines Felskeiles im Blockbild
und im SCHMIDTschen Netz [1]
13
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
D = 037/50
Abb. 2.7: Flächendarstellungen im SCHMIDTschen Netz nach Daten
in der Gefügeschreibweise [6]
Großkreis = ---------------- Falllinienpol = offener Kreis
Polpunkt = gefüllter Kreis 2.4 Verwendete Unterlagen [1] Prinz,
Helmut: Abriss der Ingenieurgeologie. 3., neubearb. u. erw. Aufl.
Stuttgart: Enke. 1997.
- ISBN 3-432-92333-3, S. 99, 260 [3] Forschungsgesellschaft für
Straßen- und Verkehrswesen, Arbeitsgruppe Erd- und Grundbau:
Merk-
blatt zur Felsbeschreibung für den Straßenbau. Ausgabe 1992, S.
27-37 [5] Gebrauchsanleitung Geologenkompass der Freiberger
Präzisionsmechanik Holding GmbH [6] Quade, Horst: Die
Lagenkugelprojektion in der Tektonik, Clausthaler Tektonische Hefte
20. 3. Aufl.
Köln: Sven von Loga. 1992 - ISBN 3-87361-120-1, S. 13-18, 36,
43-45 [7] Reuter, Fritz; Klengel u.a.: Ingenieurgeologie, 3., stark
überarb. u. erw. Aufl. Leipzig, Stuttgart: Verlag
für Grundstoffindustrie. 1992 - ISBN 3-342-00316-2, S. 304-306
[8] Möbus, Günter: Tektonik. Leipzig: Verlag für
Grundstoffindustrie. 1989 - ISBN 3-342-00403-7, S. 26–
30
14
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
3. Kluftkörperkonstruktion im WULFFschen Netz / Vorstellen des
Programms solid ROCK
[Unterlagen: Zeichengeräte (2 Dreiecke, Zirkel), Farbstifte, 1x
Transparentpapier A4, Reiß-zwecke, Geodreieck, 2x Millimeterpapier
A4, Taschenrechner, WULFFsches Netz wird aus-geteilt] 3.1 Der
Kluftkörper Ein Kluftkörper ist ein gedachter, parallelflächiger
Körper, welcher begrenzt ist von Flächenpaaren, deren Flächen die
den betreffenden Haupttrennflächenscharen eigentümliche Stellung im
Raum einnehmen und voneinander in dem mittleren räumlichen
Trennflächenabstand entfernt sind, welcher den einzelnen
Trenn-flächenscharen zukommt. Der Kluftkörper charakterisiert das
durch seine statistischen Mittelwerte repräsen-tierte Flächengefüge
des Gebirges [4]. Die Größe des Kluftkörpers gibt Auskunft über den
Grad der tektonischen Beanspruchung des Gebirges und seiner
Aufteilung durch Bruchflächen. Größe und Form des Kluftkörpers
geben Aussagen über die Werk-stücke, welche aus dem Gestein zu
gewinnen sind. Der Kluftkörper ermöglicht somit einen Vergleich
ver-schiedenen Bergarten hinsichtlich ihrer Eignung zur Anlage von
Steinbrüchen.
Aber auch zur Beurteilung der Standfestigkeit eines Ge-steins in
einer Baugrube oder an der Felswand leistet der Kluftkörper
vorzügliche Dienste, wobei besonders die Stel-lung seiner Flächen
zur Form des Bauwerkes zu beachten ist. Die am Kluftkörper
besonders deutlich hervortretenden Win-kelbeziehungen geben
unmittelbare Aussagen über die Fä-higkeit des Gesteins zur Aufnahme
von Auflagerreaktionen unter Talsperren, Brückenwiderlagern und
dergleichen, aber auch zur Aufnahme und Weiterleitung von
Spannungen im Gebirge, z. B. in der Umgebung künstlicher Hohlräume
[4].
Abb. 3.1: Kluftkörper (modifiziert nach [4]) Die Kluftkörper
können nach ihrer Form und Größe klassifiziert werden. Bei der
Klassifizierung nach DIT-TRICH [9] werden die Verhältnisse von je
zwei Trennflächenabständen (d) zueinander gebildet. Für die
erhal-tenen Werte ermittelt man dann in einem vorgegebenen Diagramm
den gemeinsamen Lagepunkt.
Der darin abgebildete Kluftkörper gibt den Habitus (Aussehen)
wieder, so-wie eine verbale Beschreibung (z. B.
dickplattig-quergestreckt). MÜLLER [4] bezieht sich in seinem
Klassifika-tionsschema auf die vertikale Achse (d3) des
Kluftkörpers [8].
PRINZ [1] hebt die Bedeutung der Kenntnis von Größe und Form des
Kluftkörpers für die Unterscheidung der Felsklassen 6 (leicht
lösbarer Fels, u. a. Steine bis 0,1 m³ Rauminhalt) und 7 (schwer
lösbarer Fels, u. a. Steine von über 0,1 m³ Rauminhalt) nach DIN 18
300 hervor. Diese Unterscheidung ist z. B. bei Ausschrei-bungen für
Abbau- und Einbauarbeiten im Fels wichtig.
K1
K2
Ss
Abb. 3.2: Beschreibung der Kluftkörper – Klassifizierung nach
MÜLLER [8]
15
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 3.2
Kluftkörperkonstruktion im WULFFschen Netz Da es bei der
konstruktiven Darstellung eines Kluftkörpers wichtig ist, die
Winkelbeziehungen zwischen den einzelnen Trennflächen richtig
darzustellen, eignet sich hierfür am besten die winkeltreue,
stereographische Projektion mit Hilfe des WULFFschen Netzes der
Kristallographie.
Dafür ist das Vorhandensein von drei Haupttrennflächenscharen
erforderlich, die annähernd senkrecht zu-einander verlaufen
(orthogonales System) und deren Trennflächenabstände d bekannt
sind. Dazu sucht man sich wenige, typische Kluftkörper aus, die
auch lose vorliegen können, und misst die Trennflächenabstände
senkrecht zu den parallelen Flächen je einer
Haupttrennflächenschar. Die Mittelwerte liefern für den
Kleinbe-reich einen annähernd realen Kluftkörper [8, 9].
Vorgehensweise [8]
geg.: Raumlage von 3 Haupttrennflächenscharen sowie dazugehörige
Trennflächenabstände d 1. Darstellen der Großkreise der 3 Flächen
im winkeltreuen WULFFschen Netz (analog Übung 2);
verbinden der Schnittpunkte von je 2 Flächengroßkreisen mit dem
Mittelpunkt des Netzes. Kennzeich-nung der Schnittpunkte mit den
eingeführten Symbolen der jeweils sich schneidenden Flächen; z. B.
AB Abb. 3.3.
Teilergebnis: Die Schnittgeraden sind Kanten des zu
konstruierenden Kluftkörpers.
2. Ermittlung des Kluftabstandes in der horizontalen
Projektionsebene:
a) Abtragen des Fallwinkels einer gegebenen Trennfläche auf
beliebiger Seite des Querschnitts
durch den Mittelpunkt des Netzes (beachte: Trennflächen mit
kleinem Fallwinkel werden in der Spur am größten wiedergegeben).
Eintragen der Spur einer parallelen Fläche im gegebenen
Trennflächenabstand, z. B. dA, in einem gewählten Maßstab. Abmessen
der Entfernung in der Spur der Horizontalebene, z. B. zum Erhalt
des Abstandes a, für Flächenschar A - A’.
b) Wiederholung der Teilkonstruktion* für die beiden anderen
Flächen und ihre dazugehörigen
Trennflächenabstände, Erhalt von b und c (*auf zweitem
Millimeterpapier wegen Übersicht). bzw. Rechnerische Ermittlung des
Flächenabstandes (d) in der Horizontalebene,
z. B. a = dA : cos (90° - ).
3. Konstruktion des Kluftkörpers
a) Erhaltene horizontale Abstände a, b und c vom Mittelpunkt des
Netzes jeweils auf der Schnittge-raden abtragen, deren Symbole in
der Schnittpunktbezeichnung nicht enthalten sind, z. B. Ab-stand a
auf der Geraden zum Schnittpunkt BC.
Teilergebnis: Länge der Kanten des zu konstruierenden
Kluftkörpers. b) Für jede erhaltene Gerade 3 parallele Geraden in
den Abstandsendpunkten eintragen; zwei für
die sichtbaren Kanten, eine für die verdeckte Kante des
Kluftkörpers. Die Schnittpunkte der Geraden miteinander liefern
zwanglos den gesuchten Kluftkörper.
Zu erwähnen ist, dass man auf den perspektivisch dargestellten
Kluftkörper aus der Senkrechten blickt, dass heißt den Kluftkörper
quasi in der Mitte der nach oben offenen Lagenhalbkugel betrachtet
(im Grundriss). Projektionsbedingt werden dabei steil einfallende
Klüfte nur durch schmale Flächen wiedergegeben. Die annähernd
horizontal liegenden Kopfflächen bestimmen das perspektivische
Bild. Somit werden Kluftkörper, deren begrenzende Flächen mit
mittlerem Winkel einfallen, am anschaulichsten abgebildet. Nach
Verfahren der darstellenden Geometrie ist die Vertikalperspektive
in die Seitenperspektive (in den Aufriss) der isometrischen
Parallelprojektion überführbar, worin dann diese steilstehenden
Klüfte deutlicher wiedergegeben werden (Abb. 3.4) [8].
16
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Beispiel: A =
210/70
B = 115/75
C = 350/25
dA = 15 cm
dB = 10 cm
dC = 12 cm
Abb. 3.3: Vorgang der Konstruktion des Kluftkörpers im
WULFFschen Netz [8]
Abb. 3.4: Beispiel für die Darstellung eines Kluftkör-pers im
Grund- und Aufriss (andere Kon-struktionsweise) [9]
17
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 3.3 Vorstellen des
Programms solidROCK – Modul solidDip SolidROCK ist ein Programm zur
Analyse von Gefügedaten im Festgestein. In der Programmversion 4.0
sind die Module SolidDip (Gefügestatistik), SolidBlock
(Kluftkörperanalyse) und SolidWedge
(Böschungsstandsi-cherheitsanalyse im Festgestein) in einem
Programmsystem integriert [10]. Für gefügestatistische Berechnungen
kommt das Modul SolidDip zum Einsatz. Die Möglichkeiten des
Pro-gramms reichen von der Messwertdarstellung als Polpunkte bis
zur Isoliniendarstellung der Lagenkugelbe-legungsdichte und zur
Darstellung von Gefügemodellen [10]. Die wichtigsten Schritte für
die Dateneingabe im Gelände aufgenommener Messwerte, ihrer
Auswertung hin-sichtlich der sich daraus ergebenden
Haupttrennflächenscharen und ihrer Großkreisdarstellung sollen im
Fol-genden kurz erläutert werden. 1. Starten von SolidROCK 2001 und
Auswahl des Moduls SolidDip 2. Eingabe von Messwerten (Wertepaare )
für die Raumstellung von Haupttrennflächenscharen
Datei neu Dateiname wählen und ggf. Zusatzinformationen eingeben
Datei bearbeiten Modus der Eingabe wählen (idR.
Fallrichtung/Fallwinkel/Kennung) Dateneingabe: FR Fallrichtung
FW Fallwinkel Typ Kennung (Angabe der Trennflächenart, siehe
auch Flächenart),
z. B.: K – Klüftung 1, T - Klüftung 2 oder S – Schichtflächen
(Spalten l für Längen- und x für Positionseingabe nicht ausfüllen,
für Gewichtung idR. gleiche
Kennung verwenden) Zurück Datei speichern (unter...)
3. Auswerteverfahren, Ermitteln der Haupttrennflächenscharen
Datei öffnen Poldiagramm (Darstellung der Polpunkte im
SCHMIDTschen Netz) öffnet selbständig Ansicht Dichtediagramm
berechnen (vorgeschlagene Berechnungsmethoden akzeptieren)
[Achtung: im rechten Fenster müssen alle einzubeziehenden
Flächen markiert sein!] Darstellung der Dichteverteilung der
Polpunkte Ausgabe, plot möglich
Ansicht Dichtediagramm links Schwerpunkt klicken Mausklick auf
die Stelle, wo am häufigsten Messwerte auftreten (Kegelradius - 20
- o.k.)
- Wiederholen für weitere Haupttrennflächenscharen Festlegen der
Mittelwerte für je eine Haupttrennflächenschar
- Links Disketten-Symbol klicken durch Klicken auf den
Zeilenanfang Zeilen markieren - Speichern und
In-Großkreisliste-übernehmen (ggf. Option Überschreiben wählen)
( + Ansicht Dichtediagramm links Großkreise klicken eingeblendet
+ Bearbeiten Liste der Großkreise Böschungsfläche kann ergänzt
werden)
Ansicht Isoliniendiagramm (Dichtediagramm muss vorher berechnet
worden sein!) Ende
4. Weitere Möglichkeit zur Darstellung der Mittelwerte für die
Haupttrennflächenscharen im Großkreisdia-
gramm
Zum Programm-Modul SolidBlock wechseln (Einstellungen Select
Mode okay) Datei öffnen Datei Name_fes auswählen Ansicht
Großkreisdiagramm Bearbeiten Flächen Böschungsfläche kann ergänzt
werden Ausdruck möglich Ende
18
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 3.4 Verwendete
Unterlagen zu Übung 3 [1] Prinz, Helmut: Abriss der
Ingenieurgeologie. 3., neubearb. u. erw. Aufl. Stuttgart: Enke.
1997 – ISBN
3-432-92333-3, S. 98, 103 [4] Müller-Salzburg, Leopold: Der
Felsbau. Erster Band. 1. Nachdruck. Stuttgart: Enke. 1980 S. 247 –
258 [8] Möbus, G.: Tektonik. Leipzig: Verlag für
Grundstoffindustrie. 1989 – ISBN 3-342-00403-7, S. 298 –
301, 456, 457 [9] Dittrich, Erhard: Beobachtungen über den
Kluftkörper. In: Bergakademie 22 (1970), Heft 3, S. 151 –
160 [10] Handbuch zum Programmpaket SolidPACK 2.0, Dipl.-Geol.
N. Graf
19
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
4. /5. Aufnahme des Trennflächengefüges im Steinbruch
Münzbach-tal (Praktische Übung)
[Unterlagen: Übungsbuch, Feldbuch, Schreibgeräte,
witterungsangepasste Kleidung, festes Schuhwerk, Mückenspray
(Steinbruch ist Feuchtbiotop), Taschenmesser] 4.1 Ablauf Im
Steinbruch Münzbachtal in Freiberg wird an einer Aufschlusswand
eine Aufnahme des Trennflächengefü-ges durchgeführt. Die Arbeit
erfolgt gruppenweise in max. 4 unterschiedlichen Bereichen. Dabei
werden alle theoretischen Grundlagen der vorangegangenen Übungen 1
bis 3 in der Praxis angewandt. In der Übung 4 erfolgt die Aufnahme
des Trennflächengefüges vor Ort (ca. 1,5 h). Die Auswertung der
Ergeb-nisse erfolgt gruppenweise in Heimarbeit (Übung 5). Bei
auftretenden Problemen kann auch eine Konsultation während der
üblichen Übungszeit vereinbart werden. Konkrete Arbeitsschritte für
die Vorgehensweise bei der Aufnahme im Steinbruch sowie
Anhaltspunkte zur Erstellung des Beleges erhalten sie vor Ort.
20
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
6. Untersuchung der Gebirgsbeschaffenheit am Kernmaterial von
Bohrungen (Praktische Übung)
[Unterlagen: Übungsbuch, Feldbuch, Schreibgeräte, Taschenmesser]
6.1 Schichtenverzeichnis für Bohrungen im Fels Aufschlussbohrungen
im Fels werden in der Regel als Rotationskernbohrungen ausgeführt.
Anhand des im Ergebnis vorliegenden Bohrkerns (Kernmaterial in
Bohrkernkisten) können Aussagen über die Schichten-folge, die
Gesteinsart und deren Lagerungsverhältnisse sowie in begrenztem
Maße über das Trennflächenge-füge gemacht werden [11]. Die
wichtigsten Parameter für die Kern- bzw. Schichtenbeschreibung sind
neben der genauen Erfassung der bohrtechnischen Parameter (Spalte 2
– 11; hier ausgelassen) in der nachfolgenden Tabelle der DIN 4022,
Teil 2 an einem Beispiel dargestellt. Tab. 6.1: Beispiel für ein
ausgefülltes Schichtenverzeichnis einer Rotationskernbohrung im
Fels [12]
21
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Die in den
einzelnen Spalten angeführten Bezeichnungen haben folgende
Bedeutungen [12], [7]: Marschlänge Länge des Kern(rohr)s, der
maximal gebohrt werden kann, hier durch waagerechte Striche
abgeteilt, mit Nummerierung (Nr.)
Kerngewinn Prozentualer Anteil des ausgebrachten Kernes an der
Kernstrecke
Form Erhaltungszustand des Kernmaterials (durch gestrichelte
Linien abgeteilt) A – Kernstücke mit vollständig erhaltener
Mantelfläche beliebiger Länge und Zerteilung
B – Kernstücke mit nur teilweise erhaltener Mantelfläche C –
Kernstücke, die nicht mehr zu einem Zylinder zusammengefügt werden
können D – kleinstes Bohrgut, wie z. B. Grus und Feines < 0,6
mm
Verlust Kernverlust (gesteins-/ gebirgsbedingte Besonderheiten;
bohrtechnische Parameter) Trennflächen für Kernabschnitte der
Probenform A und B, auf Trennflächen pro Meter umrechnen
Schichtenbeschreibung Beschreibung des anstehenden Gesteins nach
DIN 4022 und DIN EN 14688 Tab. 6.2: Beschreiben und Benennen
wichtiger Gesteinsarten [12]
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Benennung
Kurz-zei-
chen nach DIN 4023
Beschreibungsmerkmale
Körnigkeit Raum-aus-fül-
lung
Festig-keit
Kornbin-dung
Härte Salz-
säure- ver-such
Veränderlichkeit in Wasser
Farbe vor- herrschend
1 Konglomerat Brekzie
Gst vollkörnig bis teilkörnig
meist porös
mäßig bis gut
keine Angabe
0 bis ++
nicht bis mäßig veränderlich
gelb, grau, braun
2
3
4
5
Sandstein Schluffstein Tonstein Mergelstein
Sst
Ust
Tst
Mst
vollkörnig nichtkörnig nichtkörnig nichtkörnig
dicht bis porös dicht dicht dicht
meist gut gut gut gut
3 bis 6
3 bis 5
3 bis 5
3 bis 4
0
0
0
+
nicht veränderlich meist nicht verän-derlich nicht bis mäßig
veränderlich mäßig bis nicht veränderlich
grau, braun, rot, grüngrau, braun
dunkelgrau grau, braun
6
7
8
9
10
Kalkstein Dolomitstein Kreidestein Kalktuff Anhydrit
Kst
Dst
Krst
Ktst
Ahst
nichtkörnig o. vollkörnig nichtkörnig o. vollkörnig nichtkörnig
vollkörnig nichtkörnig
dicht dicht bis kavernös dicht bis porös porös bis kavernös
dicht
gut gut mäßig bis gut überw. mäßig gut
4
4
2 bis 3
3 bis 4
4 bis 5
++
0
++
++
0
nicht veränderlich nicht veränderlich nicht veränderlich nicht
veränderlich mäßig veränder-lich
weiß, grau, gelb, rot, grün grau, gelblich weiß, grau grau,
braun weiß, grau
11
12
13
Gipsstein Salzgestein Steinkohle
Gyst
Sast
Stk
nichtkörnig o. vollkörnig nichtkörnig nichtkörnig o.
vollkörnig
dicht dicht dicht
mäßig mäßig mäßig
3
3
2 bis 3
0
0
0
mäßig veränder-lich veränderlich nicht veränderlich
weiß, grau weiß, grau, röt-lich, bläulich schwarz
14
15
16
17
18
19
20
21
Quarzit Granit Gabbro Basalt Tuffstein Gneis Glimmer-schiefer
Phyllit
Q
Ma
Ma
Ma
Vst
Ma
Bl
Bl
nichtkörnig o. vollkörnig vollkörnig vollkörnig meist
nicht-körnig teilkörnig o. vollkörnig vollkörnig vollkörnig
nichtkörnig
dicht dicht dicht dicht porös bis löcherig dicht dicht dicht
sehr gut sehr gut sehr gut sehr gut gut bis mäßig meist gut gut
bis mäßig gut
über 6
über 5
über 5
5
3 bis 5
4 bis 6
3 bis 4
4
0
0
0
0
0
0
0
0
nicht veränderlich nicht veränderlich nicht veränderlich nicht
veränderlich nicht veränderlich nicht veränderlich nicht
veränderlich nicht veränderlich
weiß, grau, braun mehrfarbig dunkelgrau dunkelgrau grau,
dunkel-braun mehrfarbig mehrfarbig dunkelgrün-grau
22
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 6.2
Kernstücklängen - Auswertung Zusätzlich zur allgemeinen
Schichtenbeschreibung des Kernmaterials von Bohrungen gibt es
spezielle Me-thoden der Bohrkernauswertung, die sich auf die
angetroffenen Kernstücke beziehen. Dazu ist es erforder-lich, jedes
einzelne Kernstück pro Kernmarsch längenmäßig zu erfassen.
Kernstücke sind „einmessbar“, wenn der Kerndurchmesser noch
vollständig erhalten ist und Kernlängen 1 cm parallel zur
Bohrlochlängsachse erfasst werden können [7]. Der RQD-Wert (Rock
Quality Designation, DEERE, 1963) drückt den prozentualen Anteil
der Kernstücklängen 10 cm bezogen auf die Länge der Kernstrecke
aus. Er wird zur Gebirgsklassifikation im Tunnelbau sowie zur
Berechnung weiterer Gebirgskennwerte (RMR, Q) herangezogen [1, 7].
Speziell für die Ermittlung der Zerrüttung des Gebirges durch
tektonisch und subrosionsbedingte Bruchpro-zesse wurde der
Zerrüttungsgrad ZG (MOLEK, 1983) entwickelt, in dem auch die
nichteinmessbaren Kern-brockenanteile berücksichtigt werden [7].
Der Lm-Wert (MEIER, 1978) charakterisiert präziser
Schwächebereiche, wie Störungszonen oder geringfeste Einlagerungen,
die bei den bekannten Auswerteverfahren nicht oder nur begrenzt
herausgehoben werden. Er stellt das gewogene arithmetische Mittel
von festgelegten Kernstückklassen dar [13]. Tab. 6.3: Methoden der
speziellen Bohrkernauswertung [7,13,14]
6.3 Verwendete Unterlagen [1] Prinz, Helmut: Abriss der
Ingenieurgeologie. 3., neubearb. u. erw. Aufl. Stuttgart: Enke.
1997. – ISBN
3-432-92333-3, S. 132 [7] Reuter, F.; Klengel u.a.:
Ingenieurgeologie, 3., stark überarb. u. erw. Aufl. Leipzig,
Stuttgart: Verlag für
Grundstoffindustrie, 1992 - ISBN 3-342-00316-2, S. 315 – 320
[11] Wittke, W.: Felsmechanik. Berlin: Springer. 1984. – ISBN
3-540-13016-0, S. 597 - 604 [12] DIN-Taschenbuch 113, Erkundung und
Untersuchung des Baugrundes, 7. Aufl. Berlin: Beuth. 1998. –
ISBN 3-410-14195-2, S. 164, 175 – 176d [13] Meier, G.: Ein
repräsentatives Verfahren zur ingenieurgeologischen
Bohrkernauswertung im Fels in
Altbergbaugebieten. In: Berichte 12. Nat. Tag. f. Ing.-Geol.,
Halle (1999), S. 192-199 [14] Molek, H.: Aussagemöglichkeiten
strukturgeologischer Bohrkern-Untersuchungen in Subrosionsge-
bieten. In: Z. Angew. Geol., Berlin 29 (1983), H. 10, S. 497 -
502
Parameter
Definition Eingangswerte
Bewertung des Gebirges
RQD-Index (DEERE) [7]
RQD = %100L
lΣ
Prozentualer Anteil der Kernstücklän-gen 10 cm an der Länge der
Kern-strecke
l - Summe der Kernstücklängen 10 cm [cm]L - Länge der
Kernstrecke [cm] (üblicherweise Kernmarsch)
Felsqualität: RQD-Index [%] sehr gering 0 25 gering 25 50 mittel
50 75 gut 75 90 ausgezeichnet 90 100
Zerrüttungs-grad ZG (MOLEK) [14]
BEn
lΣf GZ
ergibt sich aus dem Quotienten der Summe der einmessbaren
Kernstücke ( 1 cm) und deren Anzahl n bezogen auf die jeweilige
Berechnungseinheit (üblicherweise Kernmarsch)
f - Abminderungsfaktor durch nichteinmess-
bare Kernbrocken und Kernverluste, bei fehlenden Kernverlusten
und intakten, ein-messbaren Kernstücken f = 1,0 (z. B. KV = 20 cm
auf 1 m BE f = 0,8)
l - Summe der einmessbaren Kernstücke je Berechnungslänge
[m]
n - Anzahl der einmessbaren Kernstücke je Be-rechnungslänge
BE - Länge der Berechnungseinheit [m]
Zerrüttungsgrad: ZG sehr stark 0,00 0,02 stark 0,02 0,05 mäßig
0,05 0,08 schwach 0,08 1,0
Lm-Wert (MEIER) [13]
ergibt sich aus 5 cm-Klassen der ein-zelnen Kernstücklängen und
bezieht sich auf eine Auswerteeinheit von 1 m Länge. Die
5-cm-Klasse enthält die Dif-ferenz zwischen der Summe aller
Kern-stücke > 5 cm und der Auswerteein-heit.
X1, X2 - Summe der gemessenen Kernstücke
der Klassen k1, k2 - Mittellängen der Klassen,
d.h. 2,5; 7,5; 12,5 cm usw.
Felsqualität: Lm [cm] 1) sehr gering < 5,0 2) gering bis
mittel 5,0 - 10,0 3) mittel bis gut 10,1 - 15,0 4) gut bis sehr gut
> 15,0 1) mürbe, teils zersetzt, sehr stark ver-
wittert und aufgelockert, sehr klein-klüftig
2) stark geklüftet und aufgelockert, teils mürbe,
angewittert
3) teils kompakt, frisch, auf Klüften we-nig angewittert, gering
entfestigt
4) kompakt, fest bis sehr fest, frisch
[cm] )20X...2X1(X Σ
20k )20X(Σ ...2k)2X(Σ1k)1X(ΣmL
23
-
TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
7. Benennen und Beschreiben von Boden [Unterlagen:
Millimeterpapier (A4), Zeichengeräte] 7.1 Grundlagen
Der Begriff „Boden“ wird hier im bautechnischen Sinn gebraucht
als branchenübliche Sammelbezeichnung aller Lockergesteine und von
lockergesteinsartig verwitterten Festgesteinen [1].
Aufschlussarbeiten im Lockergestein werden in der Regel als
Rammkernsondierung ausgeführt. Das im Er-gebnis vorliegende
gestörte Bodenprofil muss vor Ort bereits möglichst genau benannt
und beschrieben werden. Dafür verwendet man Feldversuche, die im
Gelände schnell ausführbar sind und annähernd ausrei-chende
Ergebnisse liefern. Für weitere Untersuchungen können dann in
Abhängigkeit von der Aufgabenstel-lung zusätzliche Laborversuche
durchgeführt werden, die genauere Ergebnisse liefern. Böden lassen
sich ganz allgemein einteilen in nichtbindige oder grobkörnige
Böden und bindige oder feinkör-nige Böden. Zu den nichtbindigen
Böden gehören Steine, Sand und Kies (Korngrößen über ca. 0,06 mm).
Zwischen den Körnern wirken keine Anziehungskräfte, sie verändern
sich nicht im Wasser und ihre Körner sind mit dem bloßen Auge
erkennbar. Bei bindigen Böden handelt es sich um Schluff oder Ton.
Sie weisen Korngrößen unter 0,06 mm auf und ihre Körner sind mit
dem bloßen Auge nicht erkennbar. Die Anziehungs-kräfte zwischen den
Teilchen sind größer als die Schwerkraft, ihre Hohlräume (Poren)
sind mit Wasser gefüllt. Damit verbunden sind Eigenschaften wie
Quellung (bei Wasseraufnahme) und Schrumpfung (beim Trocknen) [15].
7.2 Benennen und Beschreiben von Boden Die Bodenansprache erfolgt
nach DIN 4022, Teil 1 und 14688. Zur Benennung der Bodenart ist der
Haupt-anteil zu bestimmen. Hauptanteil ist entweder die Bodenart,
die - nach Massenanteil am stärksten vertreten ist oder - welche
die bestimmenden Eigenschaften des Bodens prägt. Anmerkung für
gemischtkörnige Böden: Das Feinkorn bestimmt dann nicht Verhalten
und Eigenschaften eines gemischtkörni-gen Bodens, wenn - die
Trockenfestigkeit niedrig oder nicht vorhanden ist - keine
Knetfähigkeit vorhanden ist. → Es erfolgt eine Einteilung nach
Korngrößen. Das Feinkorn bestimmt Verhalten und Eigenschaften des
gemischtkörnigen Bodens dann, wenn - mindestens eine mittlere
Trockenfestigkeit vorhanden ist - eine Knetbarkeit vorhanden ist. →
Es erfolgt eine Einteilung nach plastischen Eigenschaften des
Feinkornanteils. Zur Benennung der Bodenart ist als erstes eine
Bestimmung der Korngröße vorzunehmen. Bei grobkörni-gen Böden
erfolgt dies durch visuelle Versuche, indem man die Korngrößen mit
der Größe verschiedener Dinge des täglichen Lebens vergleicht.
Kieskornbereich kleiner als Hühnereier, größer als Streichholzköpfe
Grobkies kleiner als Hühnereier, größer als Haselnüsse Mittelkies
kleiner als Haselnüsse, größer als Erbsen Feinkies kleiner als
Erbsen, größer als Streichholzköpfe
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Sandbereich
kleiner als Streichholzköpfe bis zur Grenze des mit dem bloßen Auge
noch erkennbaren Korns Grobsand kleiner als Streichholzköpfe,
größer als Gries Mittelsand gleich Gries Feinsand kleiner als
Gries, das Einzelkorn aber mit dem bloßen Auge noch erkennbar
Handelt es sich um bindigen Boden, ist eine Unterscheidung zwischen
Ton und Schluff erforderlich. Dies kann mit Hilfe manueller
Versuche, wie dem Schüttelversuch, dem Reibeversuch oder dem
Schneideversuch erfolgen. Beim Reibeversuch wird eine kleine
Probenmenge zwischen den Fingern zerrieben. An dem Knirschen und
Kratzen erkennt man den Sandkornanteil des Bodens. Im Zweifelsfall
kann der Versuch zwischen den Zähnen ausgeführt werden, wodurch
sich Sand durch Knirschen bemerkbar macht und auf ein schluffiges
Material hinweist. Ein toniger Boden fühlt sich außerdem seifig an
und bleibt an den Fingern kleben. Schluffige Böden dagegen fühlen
sich weich und mehlig an. Beim Schneideversuch wird eine erdfeuchte
Probe mit dem Messer durchgeschnitten. Ton weist eine glän-zende
Schnittfläche auf. Eine stumpfe Oberfläche ist charakteristisch für
Schluff bzw. tonig-sandigen Schluff mit geringer Plastizität. Man
kann die Oberfläche der Probe auch mit dem Fingernagel einritzen
oder glätten, um eine Feststellung zu treffen [12]. Zur
Unterscheidung zwischen Ton und Schluff bzw. tonigen oder
schluffigen Beimengungen eignet sich auch der Schüttelversuch. Beim
Schüttelversuch wird eine erdfeuchte Probe in die Hand genommen und
leicht geschüttelt. Wird die Probe glänzend und tritt relativ
schnell Wasser aus, so handelt es sich um einen Schluff oder
Feinsand (Bsp. Ostseesand). Tone oder tonige Mischböden geben das
Wasser beim Schütteln nicht bzw. nur sehr schwer ab.
Gemischtkörnige Böden setzen sich aus grobkörnigen (nichtbindigen)
und feinkörnigen (bindigen) Böden zu-sammen. Benennung von grob-
und gemischtkörnigen Böden (Feinkornanteil 15%) Der Boden des
Korngrößenbereiches, der gewichtsmäßig am stärksten vertreten ist
(> 40 %), wird mit dem Substantiv bezeichnet, z. B. Mittelsand.
Beimengen anderer grobkörnigen Korngrößen (Sand, Kies, Steine)
werden mit dem betreffenden Adjektiv schwach (5 - 15 %
Massenanteil) bzw. stark (> 30 %) bezeichnet, z. B. Mittelsand
(> 40 %), feinsandig (zwischen 15 % und 30 %), schwach
grobsandig (< 15 %). Besteht der Boden aus zwei
Korngrößenbereichen mit annähernd gleichen Anteilen (zwischen 40 %
und 60 %), so sind die betreffenden Substantive durch „und“ zu
verbinden, z. B. Kies und Sand [12]. Bei feinkörnigen Nebenanteilen
(Schluff, Ton) wird dem Adjektiv “tonig“ oder “schluffig“ das
Beiwort “schwach“ oder “stark“ dann vorangesetzt, wenn sie von
besonders geringem oder besonders starkem Einfluss auf das
Verhalten des Bodens sind. Derartige Unterscheidungen sind aber nur
bei grob- und gemischtkörnigen Böden möglich, deren
bodenmechanisches Verhalten nicht vom Feinkornanteil geprägt wird.
z. B. Kies, sandig, schwach schluffig Sand, feinkiesig, stark
tonig
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Benennung von
feinkörnigen Böden und gemischtkörnigen Böden (Feinkornanteil >
15%) Bei feinkörnigen und gemischtkörnigen Böden, deren Verhalten
vom Feinkornanteil geprägt ist (knetbar, Konsistenz vorhanden),
wird auch das Vorhandensein feinkörniger Nebenanteile aufgrund der
plastischen Ei-genschaften nach bodenmechanischen Handversuchen als
Schluff oder Ton beurteilt, d. h. man muss sich für eine
Hauptbodenart entscheiden → entweder Schluff oder Ton. z. B. Ton,
stark sandig, kiesig (typisch für Geschiebelehm) Schluff,
feinsandig, schwach humos (typisch für Auelehm) Nur wenn die
Plastizitätszahl IP im Plastizitätsdiagramm (siehe Abb. 8.1.4)
weniger als 3% über oder unter der A-Linie liegt, wird der
feinkörnige Nebenanteil (schluffig, tonig) extra ausgewiesen. Eine
Unterteilung in schwach oder stark erfolgt nicht. z. B. Schluff,
tonig, schwach sandig Ton, schluffig, stark kiesig, sandig Es ist
insbesondere darauf zu achten, dass bei gemischtkörnigen Böden mit
einem Feinkornanteil über 15% in der Regel die plastischen
Eigenschaften bestimmend sind. Auch wenn in der Kornverteilung als
Hauptanteil ein Sand oder Kies ausgewiesen wird, so bestimmen
ausschließlich die plastischen Eigenschaften, welche vorzugsweise
über die Fließ- und Ausrollgrenze (Plastizitätsdiagramm) bestimmt
werden sollen, die boden-mechanischen Eigenschaften. Der Boden wird
entsprechend seiner Plastizität mit Schluff oder Ton benannt DIN
4022 T 1 (Absatz 6.2.2.3). Weitere manuelle Feldversuche dienen der
Beschreibung der Eigenschaften der angetroffenen Bodenart. Die
Beschreibung des Bodenzustandes erfolgt bei grobkörnigen Böden mit
Hilfe der Lagerungsdichte (vor Ort nur grob abschätzbar durch
Bohrbarkeit des Bohrgutes, sonst mit weiteren
Untersuchungsverfahren, z. B. Rammsondierung erfassbar), bei
feinkörnigen über die Konsistenz. Die Beschreibung der
Zustandsarten erfolgt „im Feld“ folgendermaßen: a) breiig ist ein
Boden, der beim Pressen in der Faust zwischen den Fingern
hindurchquillt. b) weich ist ein Boden, der sich leicht kneten
lässt. c) steif ist ein Boden, der sich schwer kneten, aber in der
Hand zu 3 mm dicken Walzen ausrollen lässt, ohne
zu reißen oder zu zerbröckeln. d) halbfest ist ein Boden, der
beim Versuch, ihn zu 3 mm dicken Walzen auszurollen, zwar bröckelt
und reißt,
aber doch noch feucht genug ist, um ihn erneut zu einem Klumpen
formen zu können. e) fest (hart) ist ein Boden, der ausgetrocknet
ist und dann meist hell aussieht. Er lässt sich nicht mehr
kneten,
sondern nur zerbrechen, ein nochmaliges Zusammenballen der
Einzelteile ist nicht mehr möglich. Bindige gemischtkörnige und
feinkörnige Bodenarten können weiterhin über ihre Plastizität
charakteri-siert werden. Dazu dient der Trockenfestigkeitsversuch
und/oder der Knetversuch. Beim Knetversuch wird eine Probe zu
dünnen Walzen von ca. 3 mm Durchmesser ausgerollt. Aus den Wal-zen
formt man wieder einen Klumpen, den man erneut ausrollt. Daraus
lassen sich nachstehende Unterschei-dungen treffen: - leichte
Plastizität: Aus den Walzen kann kein zusammenhängender Klumpen
mehr gebildet wer-
den. - mittlere Plastizität: Der gebildete Klumpen lässt sich
nicht mehr kneten, da er bei Anwendung
eines Fingerdrucks sofort zerkrümelt. - ausgeprägte Plastizität:
Der aus den Walzen gebildete Klumpen lässt sich – auch unter
Anwendung
eines erhöhten Fingerdrucks – kneten, ohne zu zerbröckeln. Beim
Trockenfestigkeitsversuch wird eine kleine Probemenge getrocknet.
Folgende Fälle werden unter-schieden:
- zerfällt ohne oder bei geringster Berührung → keine
Trockenfestigkeit (G / S) - zerfällt bei leichtem bis mäßigem
Fingerdruck → niedrige Trockenfestigkeit (U / U, fs / fS, u*/ G,
u*) - zerbricht unter erheblichem Fingerdruck→ mittlere
Trockenfestigkeit (G, t* / S, t*, U, t) - ist durch Fingerdruck
nicht zerstörbar → hohe Trockenfestigkeit (T / T, u / T, s / G, t*,
s )
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Weitere manuelle
Feldversuche zur Beschreibung von Böden sind der Auswaschversuch
(Bestimmung der auswaschbaren, feinkörnigen Bestandteile) und der
Versuch zur Bestimmung des Kalkgehaltes (Aufbrausen beim Auftropfen
von Salzsäure) [12]. Durch den Riechversuch kann man vor allem
organische Bodenarten erkennen. Organische Bodenarten sind Torf
(pflanzliche Reste, rein organisch), Mudde (pflanzliche und
tierische Reste, mit anorganischen Bestandteilen durchsetzt) und
Humus (pflanzliche Reste, lebende Organismen und deren
Ausscheidungen; bildet mit anorganischen Bestandteilen den
Mutterboden). Den Zersetzungsgrad von Torf kann man mit Hilfe des
Ausquetschversuches feststellen. Anhaltspunkte für den Humusgehalt
eines Bodens liefert u. a. die Farbansprache des Bodens. Sie wird
an frischen Bruchflächen bei vollem Tageslicht vorgenommen. Je
dunkler der Boden, desto höher ist meist der organische Anteil.
Dabei verfärben sich grobkörnige organische Böden leichter als
feinkörnige [12]. Tab. 7.1: Humusgehalte bei Böden [12]
Sand und Kies Ton und Schluff Benennung Humusgehalt
Massenanteil in % Farbe Humusgehalt
Massenanteil in %Farbe
schwach humos 1 bis 3 grau 2 bis 5 Mineralfarbe
humos über 3 bis 5 dunkelgrau über 5 bis 10 dunkelgrau
stark humos über 5 schwarz über 10 schwarz
Für jede Bohrung sind vorgeschriebene Formblätter auszufüllen.
Das Schichtenverzeichnis beinhaltet die wichtigsten Angaben aus dem
Bohrvorgang, die gewonnenen Proben sowie die Beschreibung der
Schichten und der Wasserverhältnisse [12].
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren
Markierungslinie Schreibzeile
Schichtenverzeichnis für Bohrungen ohne durchgehende Gewinnung
von gekernten Proben
Anlage Bericht: Az.: 1028/85
Bauvorhaben: Bodenstadt, Kiesweg 15 Bohrung Nr. B 1 /Blatt 1
Hochwert (HW) Schurf Rechtswert (RW Höhe NN oder HN
Datum: 29.10.85
1 2 3 4 5 6 a) Benennung der Bodenart und Beimengungen
Bemerkungen
Sonderprobe
Wasserführung Bohrwerkzeuge
Kernverlust Sonstiges
Entnommene Proben Bis b) Ergänzende Bemerkung 1) ... m unter
Ansatz- punkt
c) Beschaffen- heit nach Bohr- gut
d) Beschaffen- heit nach Bohr- vorgang
e) Farbe
Art
Nr.
Tiefe in m (Unter- kante)
f) übliche Benennung
g) Geologische1) Benennung
h) 1) Gruppe
i) Kalk- gehalt
a) Mittelsand, feinsandig, humos Schappe 165 b) vorgebohrt bis
1,80 m G 1 0,30 0,30 c) abgerundet,
erdfeucht d) leicht zu bohren
e) braun Rohre 159 einge- baut Gestänge,
f) Oberboden g) Mutterboden h) OH i) O drehend a) Torf Wasser
1,70 m u. AP G 2 0,80 b) Seil, gerammt 100 kg 1,80 c) nicht
zer-
setzt weich d) leicht zu bohren
e) schwarz Hub 300 3 Schl/300
S
1
1,00
f) Moor g) Flachmoortorf h) HN i) O 5 Schl/300 S 2 1,50 a) Ton,
schluffig, sandig, steinig – Kreidestücke Schappe G 3 2,50 b) 133
6,50 c) steif d) schwer zu boh-
ren e) grau 30 Schl/300
45 Schl/300 S
3 3,00
f) Geschiebe- mergel
g) Weichseleis- zeit
h) TL i) ++ G 4 6,50
a) Mittelsand, stark feinkiesig, grobsandig Ventilbohrer 133 G 5
8,50 b) Wasser 6,50 m steigt 14,90 c) abgerundet d) schwer zu
boh-
ren e) bunt auf 3,80 m u. AP G
G 6 7
10,30 12,50
f) Sand g) Saaleeiszeit h) i) O G 8 14,90 a) Fels, vollkörnig,
dicht Kreuzmeißel 121 G 9 15,50 b) unverrohrt ab 14,90 m 15,80 c)
mäßige
Kornbindung d) leichte Meißelarbeit
e) rot Endwasserstand 4,10 m u. AP
f) Sandstein g) Buntsandstein h) i) O 1) Eintragung nimmt der
wissenschaftliche Bearbeiter vor.
Abb. 7.1: Beispiel für ein ausgefülltes Schichtenverzeichnis
[12]
28
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 7.3 Zeichnerische
Darstellung von Baugrundbohrungen Die zeichnerische Darstellung der
Ergebnisse von Baugrundbohrungen erfolgt nach DIN 4023.
Üblicherweise wählt man dafür die Form eines sogenannten
Bohrstäbchens.
Abb. 7.2: Beispiel für die Darstellung von Bohrprofilen [12] Die
Abkürzungen (Kurzzeichen) für Boden- und Felsarten sind in den
nachfolgenden Tabellen dargestellt. Gleichzeitig sind in der DIN
4023 die Zeichen für die zeichnerische Darstellung sowie die
Farbkennzeichnung für die jeweilige Boden- bzw. Felsart enthalten.
Da die Bohrprofildarstellung jedoch heute meist von der
Re-chentechnik übernommen wird, wurde hier auf eine Angabe dieser
Zeichen verzichtet. Die Kurzzeichen für Bodenarten sind in Tabelle
7.2 und 7.3 dargestellt. Bei gemischtkörnigen Bodenarten sind die
Haupt- und Nebenanteile durch die entsprechenden Kurzzeichen (Groß-
und Kleinbuchstaben in der Tabelle 7.2) zu unterscheiden. Stets ist
das Kurzzeichen des Hauptanteils voranzustellen. Die Kurzzeichen
der Nebenanteile sind in der Reihenfolge ihrer Bedeutung anzufügen
und durch Komma zu trennen. Werden mehrere Bodenarten genannt, so
sind diese durch Schrägstriche zu tren-nen. Zwei Korngrößen mit
etwa gleichen Massenanteilen sind durch ein Pluszeichen zu
verbinden. Ein „schwacher“ Nebenanteil ist durch ein Apostroph
hinter, z. B. u’, ein „starker“ Nebenanteil durch einen Strich über
dem Kurzzeichen des Nebenanteils oder einen Stern hinter dem
Kurzeichen z. B. fs oder fs* deutlich zu machen. Tabelle 7.4
enthält Abkürzungen für die Farbansprache von Böden. Die
Kurzzeichen für Felsarten sind in der Tabelle 7.5 dargestellt. Fels
hat allgemein nur das Kurzzeichen Z oder, wenn die Felsart
bedeutungsvoll und bekannt ist, ein besonderes Kurzzeichen, z. B.
Kst = Kalkstein. Bei leichter Verwitterung (Verfärbung) ist das
Kurzzeichen in eine einfache Klammer, z. B. (Sst) und bei starker
Verwitterung (Entfestigung) in eine Doppelklammer, z. B. ((Gst)),
zu setzen. In den Bohrprofildarstellungen ist über der Säule die
Art und Nummer des Aufschlusses und die Gelän-dehöhe anzugeben.
Rechts der Säule müssen die Kurzzeichen nach Tabelle 7.2 und 7.5
oder die geologi-schen Kurzzeichen nach Tabelle 7.3 stehen.
a) b) c)
29
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Weitere Zeichen,
die eingetragen werden müssen, beziehen sich auf Entnahmestellen
von Sonderproben oder Bohrkernen sowie auf die angetroffenen
Grundwasserverhältnisse. Rechts neben der Säule können
zeichnerische Symbole für bautechnisch wichtige Eigenschaften, wie
der Konsistenz, angetragen werden Tabelle 7.6 [12]. Tab. 7.2:
Kurzzeichen für Bodenarten [12]
Benennung Kurzzeichen DIN 14688 Kurzzeichen
DIN 4022/4023 Bodenart Beimengung Bodenart Beimengung Bodenart
Beimen-gung
Kies kiesig Gr gr G g
Grobkies grobkiesig CGr cgr gG gg
Mittelkies mittelkiesig MGr mgr mG mg
Feinkies feinkiesig FGr fgr fG fg
Sand sandig Sa sa S s
Grobsand grobsandig CSa cs gS gs
Mittelsand mittelsandig MSa msa mS ms
Feinsand feinsandig FSa fsa fS fs
Schluff schluffig Si si U u
Ton tonig Cl cl T t
Organische Bestandteil torfig, humos Or or H h
Mudde (Faulschlamm)
- - F - organische Bei-mengung Or or - o
Auffüllung Mg mg A -
Steine steinig Co co X x
Blöcke mit Blöcken Bo Bo Y y Tab. 7.3: Geologische Kurzzeichen
für Bodenarten [12]
Mutterboden Mu
Verwitterungslehm, Hanglehm L
Hangschutt Lx
Geschiebelehm Lg
Geschiebemergel Mg
Löß Lö
Lößlehm Löl
Klei, Schlick Kl
Wiesenkalk, Seekalk, Seekreide, Kalkmudde Wk
Bänderton Bt
Vulkanische Asche V
Braunkohle Bk
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Tab. 7.4:
Ergänzende Beschreibung der Lockergesteine nach der Farbe [7]
Farbe Kurzzeichen Farbe Kurzzeichen Farbe Kurzzeichen Farbe
Kurzzeichen
grau (g) gelb (e) schwarz (s) hell (h)
braun (b) grün (ü) weiß (w) dunkel (d)
rot (r) blau (a) bunt (u)
Tab. 7.5: Kurzzeichen für Felsarten [12]
Gesteinsart Kurzzeichen Gesteinsart Kurzzeichen Fels, allgemein
Z Kalktuff Ktst
Konglomerat, Brekzie Gst Anhydrit Ahst
Sandstein Sst Gips Gyst
Schluffstein Ust Salzgesteine Sast
Tonstein Tst verfestigte vulkanische Aschen (Tuffstein) Vst
Mergelstein Mst Steinkohle Stk
Kalkstein Kst Quarzit Q
Dolomitstein Dst massige Erstarrungsgesteine und Meta-morphite
(Granit, Gabbro, Basalt, Gneis)
Ma
Kreidestein Krst blättrige, feinschichtige Metamorphite
(Glimmerschiefer, Phyllit)
Bl
Tab. 7.6: Weitere Zeichen zur Bohrprofildarstellung [12]
Über der Säule Links der Säule Rechts der Säule Sch 1 = Schurf
Nr. 1
P2 NN + 352,1 = Sonderprobe aus 19,0 m Tiefe = NN + 352,1 m
= nass Vernässungszone oberhalb des Grundwassers
B 3 = Bohrung Nr. 3 K1 NN + 114,8 = Bohrkern aus 5,2 m Tiefe =
NN + 114,8 m für Untersuchungen ausgewählt
= breiig
BK = Bohrung mit durchgehender Gewinnung gekernter Proben
8,9 = Grundwasser am 1.4.1968 in 8,9 m (1.4.68) unter Gelände
angebohrt
7,3 = Grundwasserstand nach Beendigung (1.4.68) der
Bohrarbeiten
= weich = steif
BP = Bohrung mit durch- gehender Gewinnung nichtgekernter
Proben
NN + 118,0 = Ruhewasserstand in einem ausge- 10.5.68 bauten
Bohrloch
= halbfest
BuP = Bohrung mit Gewin- nung unvollständiger Proben
NN + 365,7 = Grundwasser in 15,8 m unter Gelände (12.6.68) 10h =
NN + 355,7 m angebohrt, Anstieg des Wassers bis 5,8 m unter Gelände
NN + 355,7 = = NN + 365,7 m nach 10 Stunden
= fest
BS = Sondierbohrung
NN + 11,7 = Wasser versickert in NN + 11,7 m (12.6.68)
= gekernte Strecke
= klüftig
= Streichen (hier SW-NE) und Fallen (hier 25° nach SE) von
Trennflächen
31
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 7.4 Verwendete
Unterlagen [1] Prinz, Helmut: Abriss der Ingenieurgeologie. 3.,
neubearb. u. erw. Aufl. Stuttgart: Enke. 1997. – ISBN
3-432-92333-3, S. 6 [7] Reuter, Fritz; Klengel u.a.:
Ingenieurgeologie, 3., stark überarb. u. erw. Aufl. Leipzig,
Stuttgart: Verlag
für Grundstoffindustrie. 1992 - ISBN 3-342-00316-2, S. 91 [12]
DIN-Taschenbuch 113, Erkundung und Untersuchung des Baugrundes, 7.
Aufl. Berlin: Beuth. 1998. –
ISBN 3-410-14195-2, S. 153 – 171, S. 181 – 191, DIN 4022 T1 [15]
Dörken, Wolfram; Dehne, Erhard: Grundbau in Beispielen, Teil 1. 2.,
überarb. u. erw. Aufl. Düsseldorf
: Werner. 1999. – ISBN 3-8041-5075-6, S. 12 - 21
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 8.1 Vorstellen des
Programms SolidLOG 2.0/ Konsistenzgrenzen [Unterlagen:
Taschenrechner, Zeichengeräte, halblogarithmisches Papier] 8.1.1
Vorstellen des Programms SolidLOG 2.0
SolidLOG ist ein modular aufgebautes Programmsystem zur
Darstellung und Auswertung von Schichten-verzeichnissen,
Bohrprofilen und Präsentation von Pegelausbauten. Weiterhin können
mit dem Pro-gramm Gefügedaten und allgemeine Messdaten (chemische
Analysen, geophysikalische Messungen, ...) aus Bohrungen bearbeitet
werden. Die Darstellungen und Beschreibungen erfolgen unter anderem
nach DIN [10]. Die wichtigsten Schritte für die Dateneingabe im
Gelände aufgenommener Schichtenverzeichnisse, sowie wei-terer
wichtiger Parameter (Grundwasserstände, Probenahme, bautechnisch
wichtige Eigenschaften) sollen im Folgenden kurz erläutert werden.
1. Starten von SolidLOG unter SolidPACK 2. Eingabe des
Schichtenverzeichnisses und weiterer wichtiger Parameter
Datei; neu
Bearbeiten; Schichtenverzeichnis
Eingabe der einzelnen Schichten und ergänzender Angaben (für das
Bohrstäbchen):
- Teufe: Eingabe der Oberkante oder Unterkante der Schicht
Einstellung; Eingabemodus; z. B. beginnen mit 0
- Lithologie: Eingabe des Bodens oder Gesteins als Kürzel nach
DIN oder aus vorgegebener Tabelle rechts unten; schwache
Nebenanteile „ – „, starke Nebenanteile „ + „ ; z. B. T,+s,u (Ton,
stark sandig, schluffig)
- K (Konsistenz): Eingabe der Konsistenz bei bindigen Böden, mit
Kürzel (aus Tabelle rechts unten)
- W (Wassergehalt): wird üblicherweise bei der Bodenansprache im
Gelände nicht bestimmt - F (Farbnummer): vergibt Computer
automatisch, bei schwarz/weiß-Ausdruck empfiehlt sich ein
Löschen der Nummer (, Rückwärtstaste) - Fw. (Fallwinkel), Fr.
(Fallrichtung) und Ver. (Verwitterungsresistenz): bleiben
üblicherweise
ohne Eingabe
Weiterhin kann man bei gleichzeitiger Ausgabe eines
Schichtenverzeichnisses (Abb. 7.1) die folgen-den Zeilen der
Schichtenbeschreibung ausfüllen (ohne Kürzel), Angaben sind in
Tabelle rechts unten vorgegeben
Wiederholen der Eingabeschritte für die nächste Schicht; als
letztes nur die Endtiefe der Bohrung eingeben (bei Eingabemodus
Schichtoberkante)
Ergänzende Angaben zum Bohrstäbchen: z. B.
- Eingabe von Probeentnahmestellen: Bearbeiten; Proben: Teufe; P
(Art der Probe, Kürzel, z. B. S – Sonderprobe oder K – Kernprobe)
und Nummer, z. B. P1, eingeben
- Eingabe von Grundwasserständen: Bearbeiten; Grundwasserstände:
Teufe; W (Art; Kürzel laut Legende); Datum sowie Anst. (bei Anstieg
oder Versickerung bis in welche Tiefe) eingeben
Bearbeiten; Ok Datei speichern unter: Eingabe der Kopfdaten für
die eingegebene Bohrung (Bohrung Nr. ist gleich-
zeitig Name – keine Umlaute); Deckblatt: Eingabe von ergänzenden
Angaben.
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 3. Ausgabe der
eingegebenen Schichten als Bohrstäbchen:
Ansicht; Schichtenprofil
(Anzeige: Datei öffnen: Wählen der soeben eingegebenen Bohrung;
ok)
(Anzeige: Auswahl Teufenbereich: Endteufe und eventuellen
Maßstab überprüfen bzw. ändern; ok)
(Anzeige des Bohrstäbchens)
Ausgabe; Print Log
Man kann auch die Setup-Einstellungen verändern, je nach
Auswahl, welche wichtigen Parameter in welcher Form angezeigt
werden sollen
- Setup; Diagramm; Lithologie (x); Setup (anklicken): z. B.
Kürzel oder Klartextangabe neben dem Bohrstäbchen wählen oder
Angabe von Proben und Grundwasserstellen anzeigen (x) etc.
- Oder Setup; Diagramm; Setup Layout: z. B. Angabe der Teufe
über NN oder der Tiefe ändern etc.
8.1.2 Konsistenzgrenzen 8.1.2.1 Definitionen Die Tragfähigkeit
nichtbindiger Böden wird vom Wassergehalt praktisch nicht
beeinflusst. Bindige Böden da-gegen ändern mit dem Wassergehalt
ihre Zustandsform (Konsistenz). Mit zunehmendem Wassergehalt geht
bindiger Boden vom festen über den halbfesten, steifplastischen,
weichen und breiigen in den flüssigen Zustand über, wobei seine
Tragfähigkeit immer weiter abnimmt. Die Abgrenzungen dieser
Zustandsformen sind von ATTERBERG festgelegt worden (ATTERBERG’sche
Grenzen, Zustands- oder Konsistenzgren-zen) [1] [15]. Abb. 8.1.1:
Zustandsgrenzen [15] Fließgrenze wL: Wassergehalt am Übergang von
der flüssigen zur bildsamen Zustandsform Ausrollgrenze wP:
Wassergehalt am Übergang von der bildsamen zur halbfesten
Zustandsform Schrumpfgrenze wS: Wassergehalt am Übergang von der
halbfesten zur festen Zustandsform Plastizitätszahl IP: Differenz
zwischen Fließ- und Ausrollgrenze: IP = wL - wP;
Bildsamkeitsbe-(Bildsam-keitszahl) reich; wird in Zustandsformen
breiig, weich und steifplastisch unterteilt Konsistenzzahl IC:
Rechenwert für die Zustandsform eines Bodens
(w = natürlicher Wassergehalt des Bodens) [15]
breiig fest halb- fest steif weich flüssig
Bildsamkeitsbereich IP
Ausrollgrenze wp Fließgrenze wL
Schrumpfgrenze wS
Konsistenzzahl IC = 1,0 0,75 0,5 0
Wassergehalt w
P
L
PL
LC I
wwwwww
I
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren 8.1.2.2 Versuche
zur Bestimmung der Konsistenzgrenzen Bei der Bodenansprache im
Gelände kann durch manuelle Feldversuche bereits eine Abschätzung
der Zu-standsform des Bodens erfolgen. Ihre laborative Ermittlung,
die präzise und quantifizierbare Ergebnisse liefert, soll im
Folgenden kurz dargestellt werden. Die Bestimmung der Fließ- und
Ausrollgrenze erfolgt nach DIN 18122, Teil 1; die Ermittlung der
Schrumpf-grenze nach DIN 18122, Teil 2. Grundlage für die
Auswertung der Versuche bildet die Formel zur Bestimmung des
Wassergehaltes w einer Probe:
d
d
d
w
mmm
mm
w
mw = Masse des im Boden vorhandenen Wassers
md = Masse der trockenen Probe m = Masse der feuchten Probe
Fließgrenze Die Fließgrenze wird mit dem Fließgrenzenmessgerät
nach CASAGRANDE bestimmt. Dabei wird der bindige Boden zu einer
weichen Paste aufbereitet, in die Schale des
Fließgrenzenmessgerätes gefüllt und glattgestrichen. In den Boden
wird mit einem Furchenzieher senkrecht zur Nockenwelle eine Furche
gezogen (Abb. 8.1.2) [15].
Abb. 8.1.2: Darstellung der Füllung in der Abb. 8.1.3:
Bestimmung der Fließgrenze aus Schale des Fließgrenzenmess- 4
Einzelversuchen [12] gerätes [12] Die Schale wird durch Drehen der
Kurbel angehoben und fallengelassen, bis der Boden in der Furche
auf ca. 1 cm Länge zusammengeflossen ist. Die dafür erforderliche
Schlagzahl wird notiert. Dasselbe geschieht mit veränderten
Wassergehalten noch mindestens dreimal, wobei die Schlagzahlen
zwischen 15 und 40 liegen sollen. Von der jeweils in der Schale
befindlichen Probe wird der Wassergehalt bestimmt. Die aus den
Versu-chen ermittelten Wassergehalte werden über der Schlagzahl
(logarithmisch) aufgetragen. Der Wassergehalt bei 25 Schlägen
entspricht definitionsgemäß der Fließgrenze wL (Abb. 8.1.3) [12].
Ausrollgrenze Zur Bestimmung der Ausrollgrenze wird der
aufbereitete Boden auf einer saugfähigen Unterlage so lange zu ca.
3 mm dicken Walzen ausgerollt, bis diese zu zerbröckeln beginnen.
Von diesen Walzen werden an drei mindestens 5 g schweren
Einzelproben die Wassergehalte bestimmt. Der Mittelwert entspricht
dem Was-sergehalt an der Ausrollgrenze wP. Die Wassergehalte dürfen
für die Mittelwertbildung nicht mehr als 2 % voneinander abweichen
[12].
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TU Bergakademie Freiberg Lehrgebiet für Ingenieurgeologie,
Deponiebau und geotechnische Sicherungsverfahren Schrumpfgrenze Zur
Bestimmung der Schrumpfgrenze wird ein bindiger Boden so
aufbereitet, dass sein Wassergehalt etwa dem 1,1fachen Wert seiner
Fließgrenze entspricht. Da beim Austrocknen vieler Böden an der
Schrumpfgrenze ein Farbumschlag zum Hellen auftritt, lässt man nun
die Probe bei Zimmertemperatur bis zum Farbumschlag trocknen.
Anschließend trocknet man die Probe im Trocknungsofen bei 105°. Die
Trockenmasse und das Trockenvolumen der Probe werden bestimmt und
die Schrumpfgrenze ws ermittelt sich daraus nach folgen-der
Beziehung:
wsd
ds
1mV
w
s = Korndichte des Bodens [g/cm³]; w = Dichte des Wassers [1
g/cm³]
[12] Der Wert der Schrumpfgrenze kann außerdem indirekt aus der
Beziehung wS = wL – 1,25 IP abgeleitet werden [1]. Sehr oft wird
die Größe der Schrumpfung eines Bodens auch durch das Schrumpfmaß
VS (%) ausgedrückt. Hierunter ist die Volumenminderung nach
Trocknung zu verstehen. Damit ist auch bereits eine überschlägige
Baugrundbewertung möglich [16]. Tab. 8.1.1: Mittlere Zahlenwerte
der Wassergehalte an den Zustandsgrenzen, der Plastizitätszahl
sowie
des Schrumpfmaßes einiger Hauptbodenarten [16]
Bodenart wL [%]
wP [%]
IP [%]
wS [%]
VS [%]
Baugrundbewertung bzgl. Vs
Sand, nicht bindig - - 0 - - -
Sand, mehr oder weni-
ger schwach bindig
10 – 23 5 – 20 0 – 5 18 – 25 < 5 gut
Löß 23 – 28 20 – 23 2 – 8 15 – 18 5 – 10 mittel
Schluff 15 – 35 10 – 25 5 – 15 - 10 – 20 schlecht
Lehm, sandiger Ton 28 – 40 17 – 22 5 – 23 12 – 16 10 – 20
schlecht
Ton, fett, stark plastisch 40 – 150 20 – 50 15 – 95 10 – 15 >
15 sehr schlecht
Schlamm 60 23 37 - sehr groß sehr schlecht
organische Böden > 200 > 100 100 - sehr groß sehr
schlecht
8.1.2.3 Anwendung Die Konsistenzgrenzen