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13.12.2019

Lektionen

Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Festgestein


Trennfläche:
Eine Fläche, die die Gesteinskontinuität im Gebirge unterbricht und eine Kluft begrenzen kann, die geöffnet ist oder sich bei Spannungsänderungen (z.B. Bauarbeiten) öffnen kann.

[DINENISO14689-1:2011]
(Bild: Fels mit Schichtfugen SF, Schichtflächen SS und Kluftflächen K1, K2, K3 nach DIN 4022-1 [DIN4022])

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Festgestein

Unter einem Trennflächengefüge versteht man die Gesamtheit aller den Fels unterbrechenden Diskontinuitäten. Art bzw. Entstehung, Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Trennflächen kennzeichnen zusammen mit den Gesteinseigenschaften die Gebirgseigenschaften [Ester95].

Trennflächen werden beschrieben durch:

  • Raumstellung
  • Lage
  • Ausbildung
  • Abstand
  • Durchtrennungsgrad

Ungünstiges Trennflächengefüge am Beispiel von Schächten im Fels

(Bild: Versagensmechanismen …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Festgestein


Da die Druckfestigkeit eines Körpers vom Versuchsstandard abhängig ist und somit keine eindeutige Größe darstellt, sollte die Bestimmung der einaxialen Druckfestigkeit eines Festgesteins anhand des einaxialen Druckversuches nach DIN 18316 erfolgen.
[DIN18316:2016]

Die einaxialen Druckfestigkeit von Gestein kann nach EN ISO 14689 mittels Feldversuchen abgeschätzt werden.
[DINENISO14689-1:2011]

(Tabelle: Feldversuche zur Abschätzung der einaxialen Druckfestigkeit …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation


Bodenklassifikation:
Einordnung von Boden in Bodengruppen auf Grund festgelegter Merkmale und Kriterien.

[DINENISO14688-2:2018]

Felsklassifikation:
Benennung von Fels auf Grund der Bestimmung festgelegter Merkmale und Kriterien (in Anlehnung an [DINENISO14688-2:2018] und [DINENISO14689-1:2011]).

[Stein03]

Zweck und Aufgabe der Boden- und Felsklassifikation:

  • Schaffung einheitlicher Bewertungsmaßstäbe, die es ermöglichen, eine Vorabschätzung der …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Nationale Normen zur Boden- und Felsklassifikation im Zusammenhang mit dem grabenlosen Leitungsbau)

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

Mit der Einführung neuer DIN-Normen in der VOB im August 2015 wurden die bis dahin gebräuchlichen Einteilungen von Boden und Fels in je nach Gewerk unterschiedliche Boden- und Felsklassen aufgehoben. Stattdessen ist der Baugrund für Bauvorhaben im geotechnischen Bericht in Homogenbereiche einzuteilen, welche sich an gewerkespezifischen Kennwerten und Eigenschaften des Baugrundes abgrenzen.

Ziel der Umstellung war es, den Baugrund für jedes Gewerk …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Europäische Normen zur Boden- und Felsklassifikation im Zusammenhang mit dem grabenlosen Leitungsbau [FI-Steina])

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation


Die DIN 18196 ordnet die Bodenarten in Bodengruppen allein nach der stofflichen Zusammensetzung und unabhängig von Wassergehalt und Dichte des Bodens ein. Als Klassifikationsmerkmale dienen [DIN18196:2011] :

  • Korngrößenbereiche
  • Korngrößenverteilung
  • plastische Eigenschaften
  • organische Bestandteile

Anwendungsbereich der DIN 18196:

  • Gilt für die Bodenklassifizierung für den Erd- und Grundbau auf den Grundlagen der Klassifizierung von Böden nach DIN …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

Zum Klassifizieren ist eine Bodenprobe in eine der Bodengruppen nach DIN 18196 einzuordnen und mit dem dazugehörigen Kurzzeichen zu versehen. Dabei gibt der erste Kennbuchstabe den Hauptbestandteil und der zweite eine bestimmte, kennzeichnende bodenphysikalische Eigenschaft oder den Nebenbestandteil an.

[DIN18196:2011]

Beispiel für eine Klassifizierung nach DIN 18196:
Boden mit einem Korngrößen-Massenanteil von 14% Korndurchmesser ≤ 0,063 mm und über …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation


In der "Allgemeinen technischen Vertragsbedingung für Bauleistungen (ATV), DIN 18300 Erdarbeiten" der VOB Teil C werden Boden und Fels entsprechend ihrem Zustand vor dem Lösen in Homogenbereiche engeteilt .

Der Homogenbereich ist ein begrenzter Bereich, bestehend aus einzelnen oder mehreren Boden - oder Felsschichten, der für Erdarbeiten vergleichbare Eigenschaften aufweist. Sind umweltrelevante Inhaltsstoffe zu beachten, so sind diese bei der Einteilung …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation


Boden und Fels werden entsprechend ihrem Zustand vor dem Lösen in Homogenbereiche eingeteilt. Der Homogenbereich ist ein begrenzter Bereich, bestehend aus einzelnen oder mehreren Boden - oder Felsschichten, der für Rohrvortriebsverfahren vergleichbare Eigenschaften aufweist.

Sind umweltrelevante Inhaltsstoffe zu beachten, so sind sie bei der Einteilung zu berücksichtigen.

[ [DIN18319:2016]]

Für die Homogenbereiche sind folgende Eigenschaften und Kennwerte …

13.12.2019

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Boden- und Felsklassifikation


Das Unified Soil Classification System (USCS) des ASTM-Standards D2487-00 "Standard-Bodenklassifikation für (bau)technische Zwecke" [ASTMD248700] der USA unterteilt Lockergestein in 15 Klassen , welche jeweils durch ein Gruppensymbol beschrieben werden, das sich aus zwei charakteristischen Buchstaben zusammensetzt [Weiß96b].

(Tabelle: Symbole für die sechs Hauptbodenarten des USCS [Weiß96b])
(Tabelle: Symbole für Bodeneigenschaften des UCSC [Weiß96b])

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Bodenklassifikation nach dem USCS (USA) [Weiß96b])

13.12.2019

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Boden- und Felsklassifikation


Der Rock Quality Designation Index (kurz: RQD-Wert oder RQD-Index) wurde im Jahr 1967 von Deere als Charakteristikum zur Beschreibung von Fels entwickelt und schließt von der Länge der genommenen Bohrkerne auf die vorhandene Gebirgsqualität [Deere67].

Der RQD-Wert gibt das Verhältnis L10/L in Prozent an, wobei L10 die in der Kernlänge L enthaltenen, über 10 cm langen, intakten Bohrkernstücke beinhaltet .
(Tabelle: Zuordnung des RQD-Wertes [Bicke82])

13.12.2019

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Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Klassifizierung verschiedener Bodenarten nach der Steuerbarkeit)

13.12.2019

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Boden- und Felsklassifikation


Dieser Klassifizierungsvorschlag von Spang, der insbesondere bei Rohrvortrieben mit Schildmaschinen mit teilflächigem Abbau von Hand (Handschilde) oder mit mechanisch teilflächigem Abbau angewendet werden kann, baut auf einem in einem Werk von Proctor beschriebenen Klassifizierungssystem für den Tunnelbau im Lockergestein auf.

[Spang87] [Proct77]

(Tabelle: Klassifizierung nach dem Ortsbrustverhalten)

13.12.2019

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Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Klassifizierung nach der Standfestigkeit an der Ortsbrust [Spang87])

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation


Die Abrasivität eines Gesteins ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig, u.a. [Thuro98b]:

  • Gehalt an schleißscharfen Mineralien mit einer MOHS-Härte > 5,5 (Stahl)

  • Ausbildung von Textur und Struktur

  • Trennflächengefüge

  • Auswirkungen der Veränderung des Gebirges durch Verwitterung

Die Klassifizierung nach Abrasivität ist gemäß DIN 18319 sowohl bei Fels- als auch bei Lockergestein vorgeschrieben (NF P).

[DIN18319:2016]

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Boden- und Felsklassifikation

(Tabelle: Klassifizierung der Abrasivität von Gesteinen in Abhängigkeit des CAI-Indexes [Thuro98b])
(Tabelle: CAI-Index (Erfahrungswerte) für verschiedene Gesteinsarten nach Büchi)

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Bodenmechanische Grundlagen

Die Ermittlung der einaxialen Druckfestigkeit qu von Lockergesteinen, auch als Zylinderdruckfestigkeit bezeichnet, erfolgt nach DIN 18136 an zylindrischen oder prismatischen Probekörpern bei konstanter Stauchungsgeschwindigkeit und unbehinderter Seitendehnung.

[DIN18136:2003]

Die einaxiale Druckfestigkeit wird auch zur Beschreibung der Zustandsform bindiger Böden herangezogen.

[Kezdi68] [Lambe69]

(Tabelle: N-Werte für Tone in Relation zur einaxialen …

13.12.2019

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Bodenmechanische Grundlagen

09.01.2013

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Grundwasser

Die Bewegung des ungebundenen Wassers im Lockergestein, die z. B. durch einwirkende Gravitationskräfte oder Konsolidationsvorgänge hervorgerufen werden, vollzieht sich im vorhandenen Porenhohlraum.

(Video: Verteilung des Wassers im Boden)
(Bild: Hohlräume im Lockergestein in Anlehnung an [Hölti96])
Animation: Verteilung des Wassers im Boden (nach Hölting, 1994) [Bild: Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH]. Dieses interaktive Objekt ist ausschließlich …

09.01.2013

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Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise

Wasserdurchlässigkeit des Bodens

Für eine praktische, schnelle und näherungsweise Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit bei genauer Kenntnis der geologischen Verhältnisse sind in der Literatur insbesondere für nichtbindige Lockergesteine einfache mathematische Lösungen zu finden, die zudem ihre Abhängigkeit zur vorhandenen Korngrößenverteilung dokumentieren. Die gebräuchlichsten Formeln sind hier einmal gelistet:

k = 200 x dw × e2

k = 116 x dw

k = f (d10, CU)
Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes …

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