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Ermittlung neuer Zuordnungswerte zur Einteilung bindiger Böden in Fest- und Lockergesteine

BASt-Bericht S 122

Paula Möller, Moritz Bundschuh, Emanuel Birle, Dirk Heyer, Lehrstuhl und Prüfamt für Grundbau, Bodenmchanik, Felsmechanik und Tunnelbau, Technische Universität München
101 Seiten
Erscheinungsjahr: 2018
Preis: 18,50 €

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Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Im Zuge der Überarbeitung der DIN 18300 soll in Zukunft die bisherige Einstufung von Boden und Fels entsprechend des Zustands beim Lösen in Boden- und Felsklassen durch eine Einteilung entsprechend ihrem Zustand vor dem Lösen in Homogenbereiche ersetzt werden. Demnach müssen zukünftig für Boden andere Eigenschaften und Kennwerte ermittelt werden als für Fels. In der Baupraxis treten jedoch oftmals natürliche Übergangsbereiche zwischen Boden / Lockergestein und Fels / Festgestein auf. Für diese Übergangsbereiche fehlt ein geeignetes Kriterium für eine Zuordnung zu Boden oder Fels.

Bei vorhergehenden Untersuchungen an bindigen Böden wurde einerseits festgestellt, dass der ermittelte Wassergehalt an der Schrumpfgrenze nicht geeignet ist zur Unterscheidung zwischen halbfester und fester Konsistenz. Andererseits war ebenso der einaxiale Druckversuch bedingt geeignet, da die Prüfkörper in vielen Fällen bei der Herstellung zerbrochen sind. Der daraufhin entwickelte Eindringversuch mittels Konusspitze und Proctornadel sollte im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit an weiteren ungestörten Probekörpern am Übergangsbereich Boden / Fels erprobt werden.

An über 25 Probekörpern aus unterschiedlichen geologischen Formationen Deutschlands, die aus Lagerstätten, im Rahmen von Bauprojekten sowie aus Rückstellproben vergangener Projekte gewonnen wurden, wurden neben den bodenmechanischen Parametern, insbesondere die Konsistenz, die einaxiale Druckfestigkeit und die Eindringkraft mittels Konusspitze und / oder Proctornadel ermittelt.

Insgesamt war die Durchführung der Eindringversuche einfach. Im Gegensatz zu den einaxialen Druckversuchen waren auch bei leicht zerbrechlichen Proben, an denen aus diesem Grund keine einaxialen Druckversuche möglich waren, gerade noch Probekörper herstellbar. Damit kann der Eindringversuch als Alternative zum einaxialen Druckversuch Hinweise zur einaxialen Druckfestigkeit eines Boden- oder Gesteinskörpers liefern. Andererseits treten in der Praxis immer wieder Fälle auf, bei denen Böden und Gesteine im Übergangsbereich liegen, aber bereits so stark verwittert oder geschichtet sind, dass keine Prüfkörper hergestellt werden können, weder für Druck- noch für Eindringversuche. Für diese Übergangsbereiche müssten grundsätzlich andere Zuordnungswerte gefunden werden. Außerdem wird bei beiden Versuchsarten die Festigkeit des Einzelprobekörpers und nicht die des Gesteinsverbandes ermittelt.

Die Auswertung der Laborversuche hat gezeigt, dass keine exakte Grenze zwischen Boden und Fels definiert werden kann. Vielmehr ist die Definition eines Übergangsbereiches erforderlich, für den sowohl Boden- als auch Felsparameter bestimmt werden müssen. Für Böden mit einer Konsistenzzahl von circa Ic > 1,15 müssen ergänzend Felsparameter ermittelt werden. Sofern der einaxiale Druckversuch nicht durchgeführt werden kann, kann auch mit dem Eindringversuch eine Abschätzung der einaxialen Druckfestigkeit erfolgen. Bei Festgesteinen beziehungsweise Fels, bei denen eine einaxiale Druckfestigkeit von circa qu < 1 Mega-Pascal beziehungsweise eine Eindringspannung von circa σ20 < 10 Mega-Pascal ermittelt wird, müssen neben den Felsparametern auch die Bodenkennwerte ermittelt werden. Der ermittelte Korrelationsansatz zwischen der Eindringspannung und der einaxialen Druckfestigkeit von σ20 ≈ 10 * qu ergibt sich hier näherungsweise aus den durchgeführten Eindring- und einaxialen Druckversuchen.

Determination of new allocation values to classify cohesive soils in solid and loose rocks

In the course of the revision of DIN 18300 the previous classification of soil and rock into soil- and rock classes should be replaced by a classification in homogeneous areas. Therefore, other qualities and characteristic values are to be determined for soils than for rocks. However, there are often natural transitions between soil / loose rock and rock / solid rock. For these materials, another suitable criterion for the classification is still missing.

To find a new criterion, a previous research project has revealed that the water content on the shrinkage limit was unsuitable for the differentiation between semi-solid and solid consistency of cohesive soils. Furthermore, a classification by means of unconfined compression strength of examined cohesive soils was only partly suitable because the test specimens fractured during preparation. For both reasons, the penetration test by means of cone and proctor needle was developed and should tested out on natural, undisturbed soil specimen.

Over 25 test soils of different geological formations of Germany were obtained from deposits and as part of current as well as past construction projects to investigate especially the parameters consistency, strength and penetration resistance.

Overall, the implementation of the penetration tests was simple. In contrast to the unconfined compression tests, test specimens of fragile samples, for which unconfined compression tests where not possible for that reason, could be produced in order to estimate alternatively the unconfined compressive strength by means of penetration tests. However, both types of tests are not possible, when soils and rocks have already been strongly weathered or layered, so that no test specimens can be produced. For those soils and rocks other classification values have to be basically found than the unconfined compressive strength or the penetration value.

The analysis of the laboratory tests have shown that no clear limit between soil and rock can be defined. The definition of a transition area soil / rock is rather necessary to determine both soil- and rock parameter. For soils with a consistency index of approximately Ic > 1,15, rock parameter should be additionally determined. For solid rocks or types of rocks having an unconfined compressive strength of approximately qu < 1 Mega-Pascal or a penetration tension of approximately σ20 < 10 Mega-Pascal, soil parameter in addition to the rock parameter should be determined.

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    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.