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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Bindige Böden verändern mit dem Wassergehalt ihre Zustandsform. Sie sind bei sehr hohem Wassergehalt flüssig und gehen bei abnehmendem Wassergehalt vom flüssigen zunächst in den bildsamen (plastischen), dann in den halbfesten und schließlich in den festen (harten) Zustand über. Bindiger Boden wird also bei abnehmendem Wassergehalt weniger verformbar und seine Festigkeit nimmt zu. Die Wassergehalte, bei welchem die Konsistenz von einem Zustand in einen … |
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Die Bestimmung der Konsistenz (Zustandsform) ist sowohl in-situ als auch im Labor möglich. Die Zustandsform eines bindigen Bodens ist im Feldversuch gemäß DIN EN ISO 14688 wie folgt zu ermitteln:
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Die Zustandsform des Bodens kann über die Konsistenzzahl IC numerisch (als Zahl) ausgedrückt werden. Hierzu dienen als Größen der natürliche Wassergehalt w und die Atterbegerschen Konsistenzgrenzen wL und wP gemäß DIN 18122-1. (Formel: Beschreibung der Zustandsform des Bodens durch die Konsistenzzahl IC) [DIN18122:1987] (Tabelle: Konsistenzzahl IC und Benennung der Zustandsform bindiger Böden in Anlehnung an [ENISO14688]) |
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Unter Plastizität versteht man nach EN ISO 14688-1 die „Eigenschaft eines bindigen Bodens, die darin besteht, dass sich sein mechanisches Verhalten bei Änderung des Wassergehaltes verändert“ [DINENISO14688:2018]. (Bild: Konsistenzband [Trian00]) |
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Den Zustandsformen des plastischen Bereiches sind die in der Tabelle angegebenen Zahlenwerte zugeordnet. Hier wird außerdem der im Ausland gebräuchliche „Liquidity Index“ (Liquiditätszahl) IL = 1 - IC aufgeführt. (Tabelle: Zustandsformen des plastischen Bereiches [DIN18122]) |
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Der Grad der Plastizität ergibt sich aus dem Wassergehalt des Bodens an der Fließgrenze wL und wird nach [DIN18196:2011] bzw. [DINENISO14688:2018] eingeteilt in:
Zur genauen Unterscheidung bindiger Böden in Schluff oder Ton sowie in ein schluffiges oder toniges Verhalten feinkörniger Bestandteile eines gemischtkörnigen Bodens wird die Plastizitätszahl … |
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07.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Spezielle Einteilungen und Bezeichnungen für feinkörnige Böden (Schluff und Ton) in Abhängigkeit der Fließgrenze wL enthält EN ISO 14688-2. [DINENISO14688:2018] (Tabelle: Klassifizierung feinkörniger Böden in Abhängigkeit der Fließgrenze wL oder der Plastizitätszahl IP nach EN ISO 14688-2) |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Typische Kennwerte für wL, wP und IP von einigen, in der Bundesrepublik Deutschland häufig vorkommenden Bodenarten sind in der Tabelle aufgeführt. Die Plastizitätszahl IP wird in Abhängigkeit von der Fließgrenze wL nach [DIN18196:2011] im hier abgebildeten Plastizitätsdiagramm dargestellt. (Bild: Plastizitätsdiagramm nach Casagrande mit Bodengruppen nach DIN 18196) (Tabelle: Typische Kennwerte für wL, wP und IP von ausgewählten Bodenarten [Schmi96]) |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Darstellung der Süß-/Salzwasserschichtgrenze in küstennahen Gebieten) Die Hydrogeologie ist die Lehre vom Verhalten des Wassers im Untergrund, gleichgültig ob der Aggregatzustand des Wassers fest (vereist), flüssig (Grundwasser) oder gasförmig ist. Die Hydrogeologie erfasst auch das Wechselspiel zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser (Vorflut und Uferfiltrat). Wasser bewegt sich im Untergrund im Regelfall innerhalb der Hohlräume der Lockergesteine, … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Im vorliegenden Anwendungsfall finden hydrogeologische Untersuchungen insbesondere Anwendung zur Erfassung von…
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Die Kenntnis der ortsspezifischen hydrogeologischen Verhältnisse bestimmt maßgebend die Wahl eines für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Untersuchungs-, Bau- oder Sanierungsverfahrens. Des Weiteren erlaubt sie in Verbindung mit der anstehenden Bodenstruktur Rückschlüsse auf mögliche Wasserhaltungsmaßnahmen und deren möglichen Folgen, z. B. im Rahmen der Erstellung von Kleinbaugruben bei Reparaturmaßnahmen von außen oder bei der Erneuerung von … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Grundwasserverhältnisse in geschichteten Baugrund in Anlehnung an [Lauma83]) Grundwasser ist nach DIN 4049-3 „unterirdisches Wasser, das Hohlräume der Lithosphäre zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegungsmöglichkeit ausschließlich durch die Schwerkraft bestimmt wird“.
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Grundwassersituation im Boden) Das Bild stellt eine normale Grundwassersituation im Boden dar. Man unterscheidet die ungesättigte Bodenzone, in der zwar kein Grundwasser vorhanden ist, aber es zu einer Durchfeuchtung des Bodens durch Niederschlagswasser kommt, sowie den Bereich des Kapillarsaumes, wo je nach Bodenbeschaffenheit es zu einer stärkeren Durchfeuchtung des Bodens kommt. Im Bereich des Grundwasserleiters ist die Bodenzone durchgängig … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Grundwasserleiter gespannt/ungespannt) Bei Grundwasserstockwerken ist der erste Grundwasserleiter immer ein ungespannter Grundwasserleiter, alle folgenden Grundwasserleiter sind in der Regel gespannte Grundwasserleiter. Während die Druckverhältnisse in ungespannten Grundwasserleitern durch den freien hydrostatischen Druck bestimmt sind und die Fließgeschwindigkeit von hydraulischen Gefälle abhängt, so ist dies im gespannten Grundwasserleitern … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Beispielhafter Wasserdruckverlauf infolge des anstehenden Grundwassers) Neben der Größe des wirkenden hydrostatischen Drucks ist die Wasserdurchlässigkeit des Bodens als maßgeblicher Einflussfaktor für eine bautechnische Beurteilung heranzuziehen. Diese ergibt sich aus der Art und dem Zustand des anstehenden Bodens, wobei mögliche Schichtenfolgen, insbesondere solche mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten, zu berücksichtigen sind. |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Als Maß für die Durchlässigkeit eines Bodens wird der Durchlässigkeitsbeiwert k (auch als kf bezeichnet) herangezogen. Die k-Werte selbst äußerlich gleicher Bodenarten schwanken von Standort zu Standort erheblich. Verantwortlich dafür sind das Bodengefüge, die Lagerungsdichte und der Anteil an Feinstkorn [Herth95]. Aus diesem Grund können diese Werte nur für eine grobe Abschätzung herangezogen werden. Nach DIN 18130-1 unterscheidet man für bautechnische … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Überschlagswerte für die Durchlässigkeit verschiedener Bodenarten. (Tabelle: Durchlässigkeitsbeiwerte k für verschiedene Bodenarten [Graßh82]) Durchlässigkeitsbeiwerte in Abhängigkeit der Körnungslinien. (Bild: Durchlässigkeitsbeiwerte in Abhängigkeit der Körnungslinien [LWA89] [FI-Herreb]) |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise Eine genaue Methode zur Bestimmung des k-Wertes für einen bestimmten Bereich eines Grundwasserhorizontes stellt die Durchführung einer Probegrundwasserabsenkung mittels Pumpversuchen in-situ dar [Herth95]. (Bild: Baugrube mit Installation zur Grundwasserabsenkung) Der Entnahmebrunnen einer Probegrundwasserabsenkung muss dieselbe Tiefe aufweisen wie die Brunnen der späteren Grundwasserabsenkungsanlage bzw. der späteren Leitungstrasse, damit alle durchströmten … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Formel: Berechnung des Durchlässigkeitsbeiwertes k nach dem Gesetz von Darcy) Für die Bemessung und Auslegung bauverfahrenstechnischer Details sollten auch Untersuchungen nach DIN 18130-1 vorgenommen werden. Ihre Auswertung basiert auf der Anwendung des (Filter-)Gesetzes von Darcy und liefert als Ergebnis den Durchlässigkeitsbeiwert k [DIN18130-1:1998]. (Bild: Gebräuchliche Durchlässigkeitsversuche [Soos96] - Versuchsanordnung mit konstantem hydraulischen … |
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09.01.2013 Baugrund: Bodenmechanische, geotechnische und hydrogeologische Grundlagen für die offene Bauweise (Bild: Einfluss des hydraulischen Gefälles auf den Durchlässigkeitsbeiwert) Das Gesetz von Darcy gilt nicht für grobes Geröll und Grobkies (turbulente Strömung). Das hydraulische Gefälle darf im Versuch nach praktischen Gesichtspunkten gewählt werden, solange das Durchströmungsverhalten dem Fließgesetz von Darcy entspricht (linearer Strömungsbereich) und das Korngefüge nicht verändert sowie durch die Durchströmung keine Konsolidierung oder Schwellung … |
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