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

Projektnummer: FE 05.178/2012/CRB

 

Sachbearbeiter:	Dipl.-Ing. Paula Möller M. Sc. Moritz Bundschuh
Projektleiter:	Dr.-Ing. Emanuel Birle Dr.-Ing. Dirk Heyer

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 ca. 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 bzw. Fels, bei denen eine einaxiale Druckfestigkeit von ca. qu < 1 MPa bzw. eine Eindringspannung von ca. σ20 < 10 MPa 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.