2.7 Klassifizierung

Felsmechanik35

2.7 Klassifizierung

2.7.1 Verwitterungsgrad

Die Einteilung in Verwitterungsgrade soll den Zustand des Gesteins beschreiben, der durch chemischeund physikalische Prozesse eingetreten ist. Beeinflusst wird der Prozess der Verwitterung vor allemdurch:

– die Landschaftsgeschichte (z. B. Reliefentwicklung mit rascher oder langsamer Abtragung u. a.);

– die Klimaentwicklung in der erdgeschichtlichen Vergangenheit (z. B. arid, humid, nival oder einenmehrfachen Wechsel).

Jede Gesteinsart zeigt dabei eine spezifische Veranderung vom unverwitterten Ausgangsgesteinzum Verwitterungsendprodukt. Folglich konnen bei einer Wechsellagerung von Gesteinen (z. B.Sandsteinbanke mit Tonsteinzwischenlagen) in einer Baugrube schwach verwitterte, harte Banke nebenvollstandig entfestigtem Gestein liegen.

Zum Einen ist eine moglichst detaillierte Beschreibung der Gesteinszustande bei der Erkundung desBaugrunds und nach der Offnung von Baugruben wunschenswert, zum Andern darf die Beschreibungder Details nicht zur Verkennung der bautechnisch maßgebenden Eigenschaften fuhren.

Obwohl es keine allgemeingultige Einteilung der Gesteine nach Verwitterungsgraden gibt, wird in derRegel die Gesteinszerlegung und Entfestigung mit einer Beschreibung mehrerer Verwitterungsgradestufenweise klassifiziert. Diese Klassifizierung ist nicht ganz frei von subjektiven Einschatzungen,sie zwingt den Bearbeiter jedoch zu einer intensiven Beschaftigung mit der Materie und einerubersichtlichen Beschreibung.

Fur Ton- und Tonschluffsteine wird haufig die Einteilung nach Wallrauch (1969) gewahlt, furharteres Gestein (Kalkstein, Granit etc.) das Schema von Klopp (siehe Felsgruppenbeschreibung imStraßenbau). Daneben gibt es im Merkblatt Felsgruppenbeschreibung fur bautechnische Zwecke imStraßenbau die Einteilung nach VU (unverwittert), VA (angewittert), VE (entfestigt) und zersetzt(VZ).

Ein Schema, das die wichtigsten Elemente der derzeit ublichen Klassifizierungen enthalt ist in Tabelle2.2 dargestellt. Dabei wird eine 6-stufige Einteilung von W0 (unverwitterter Fels) bis W5 (Lehm/Sand)gewahlt. Die Bezeichnung W kommt aus dem englischen weathered. Bei Ton- und Schluffsteinen findetman haufig die Einteilung V0 bis V5 (V fur verwittert). (Die folgende Tabelle basiert auf Rupp (1985),Wallrauch (1969) und FMPA (1994) u. a..)1 Es wird einheitlich die Bezeichnung mit ”W“ gewahlt.

Auf Bild 2.29 ist der Verwitterungsprozess stark schematisiert dargestellt.

Die Bilder 2.30, 2.31 und 2.32 zeigen an Beispielen aus der Natur wie der Verwitterungsprozess ablauft.Es wird deutlich, dass bei harteren Gesteinen bis zur vorletzten Verwitterungsstufe immer harte Kerneerhalten bleiben, wahrend bei Ton- und Tonschluffsteinen der Verwitterungsprozess von Anfang anmit einer Abnahme der Festigkeit der Gesamtsubstanz verbunden ist.

1 FMPA: Forschungs- und Materialprufungsanstalt Baden-Wurttemberg (Otto-Graf-Institut). Seit dem

01.07.2003 bilden die FMPA (Materialprufungsanstalt fur das Bauwesen) und die Staatliche

Materialprufungsanstalt Stuttgart zusammen die Materialprufungsanstalt Universitat Stuttgart (MPA). Die

MPA ist ein Zentralinstitut der Universitat Stuttgart.

36 2 Gebirgseigenschaften

Geotechnik

Hartgesteine, Kalk-/Dolomitstein, Ton- und TonschluffsteineSandstein etc. (gesteins-resistent) (gesteins-veranderlich)

W 0 unverwittertunverwittertes, unverfarbtes Ausgangsmaterial keine sichtbare Verwitterung

W 1 angewittertKluftung auf z. T. geoffnete Großklufte beschrankt, wenig entfestigt, Verfarbung derschwache farbliche Veranderungen an Trennflachen Trennflachen und der angrenzenden

GesteinsbereicheW 2 wenig entfestigt (aufgewittert)

Auftreten geoffneter, bankrechter, schichtbe- entfestigt, jedoch nicht murb,zogener Klufte, z. T. geoffnet und oxidiert, Verfarbung der Trennflachen und desTrennflachen werden deutlich sichtbar Gesteins

W 3 entfestigt (verwittert)schichtparalleles Aufbrechen der Kluftkorper verbun- Verwitterung hat das gesamte Trenn-den mit engstandiger unregelmaßiger Kluftung, starke flachengefuge und teilweise dieVerfarbung und Festigkeitsverminderung am Rand Kluftkorper erfasst, Verband sehrder Kluftkorper, Schichtflachen und Klufte geoffnet stark gelockert

W 4 stark entfestigt (stark verwittert)Auflosung des Gesteinsverbandes; unregelmaßig zu Boden verwittert (Verwitterungs-geformte Kluftkorper sind von plastischem lehm), jedoch noch deutliche Trenn-Material umgeben flachenstruktur erkennbar, kann mit der

Hand zerbrochen oder zerbroselt werdenW 5 zersetzt (vollig verwittert)

Ausgangsmaterial vollstandig plastifiziert, verein- Verwitterungslehm ohne Struktur,zelte Bruchstucke, Sand/Lehm mit einzelnen Kieseln marmoriert, knet- bzw. ausrollbar

Tabelle 2.2: Verwitterungsgrade

2.7 Klassifizierung

Felsmechanik37

Bild 2.29: Idealsierte Darstellung der Verwitterung nach Einsele et al.

38 2 Gebirgseigenschaften

Geotechnik

Bild 2.30: Verwitterungsstufen von W0 bis W5 (dargestellt an Kalkstein von Rupp 1985)

2.7 Klassifizierung

Felsmechanik39

40 2 Gebirgseigenschaften

Geotechnik

Bild 2.31: Beispiele fur die Beschreibung von Ton- und Tonschluffsteinen (Wallrauch 1969, Tafel I,

Bild

2.7 Klassifizierung

Felsmechanik41

Bild 2.32: Beispiele fur Verwitterungsstufen bei Ton- und Tonschluffsteinen (Wallrauch 1969, Tafel

II

42 2 Gebirgseigenschaften

Geotechnik

Neben der Einteilung nach Verwitterungsgraden, gibt es fur die Beschaffenheit der Steinstucke dieEinteilung von murb bis hart (in Anlehnung an ENV 1997):

Zylinderdruck- Bezeichnung Bezeichnung Zerleg-festigkeit qu [MN/m2] deutsch englisch barkeit> 100 sehr hart, very strong, mit dem Hammer nicht

extrem hart extremely strong zerlegbar50 – 100 hart strong mit dem Hammer kaum zerlegbar,

unregelmaßiger, splittriger odermuscheliger Bruch

12,5 – 50 maßig hart moderate strong mit dem Hammer zerlegbar,in unregelmaßige, grobeStucke zerfallend

5 – 12,5 maßig murb moderate weak mit dem Hammer leichtzerlegbar, grobstuckige bisstuckige Aggregate

1,25 – 5 murb weak mit dem Hammer sehr leichtzerlegbar, brockelige oderblatterige Aggregate

< 1,25 sehr murb very weak mit der Hand zerdruckbar,brockelige oder blattrigeAggergate

Tabelle 2.3: Einteilung fur die einaxiale Druckfestigkeit

Fur die Beschaffenheit des Bohrkerns und des Bohrguts sind folgende Einteilungen ublich:

– Ausbildung des Bohrkerns

Vollkern: Geschlossener Kern ≥ 20 cm Lange, evtl. durch den Bohrvorgang an Schichtfugenzerlegt.

Kernstucke: Kern nach Schichtfugen/Tonsteinfugen zerlegt. Stucke von 5 bis 20 cm Lange.

Kernscheiben: Kern nach Schichtfugen/Tonsteinfugen zerlegt oder durch Entspannung und Austrocknunggerissen. Stucke von 1 cm bis 5 cm Lange.

– Beschaffenheit des Bohrgutes

grobstuckig: Ungerundete Bruchstucke uber 3 cm..

stuckig: Ungerundete Bruchstucke von 1 bis 3 cm.

brockelig: Ungerundete Bruchstucke unter 1 cm.

plattig: Kernscheiben unter 1 cm Lange und Bruchstucke davon.

blattrig: Meist mm-dunne schiefrige Blattchen bis etwa 1 cm Große.

2.7.2 Gebirgsklassen im Felshohlraumbau

Da zum Felshohlraumbau eine spezielle Vorlesung stattfindet, wird hier nur die Einteilung in Gebirgsklassen,wie sie in dem Handbuch ”Grundbegriffe der Felsmechanik und Ingenieurgeologie“ (DGGT 1982)abgedruckt ist, in verkurzter Form wiedergegeben.

Standfest: Standfest ist ein Gebirge, das von selbst steht und keiner Stutzung und mechanischenVerfestigung bedarf

2.7 Klassifizierung

Felsmechanik43

Nachbruchig: Als nachbruchig wird ein Gebirge bezeichnet, das ortliche Verbandsauflockerungenzeigt, die — vor allem in der Firste — unter Schwerkrafteinfluß Ablosungen bewirken, ohne denEinsturz herbeizufuhren.

Gebrach: Mit gebrach bezeichnet man ein Gebirge, das starker im Gefuge aufgelockert ist und leichthereinbricht.

Druckhaft: Die Bezeichnung druckhaft besagt, dass ein Gebirge unter starker Druckeinwirkung diesernicht gewachsen ist und infolge Uberschreitung der Gebirgsfestigkeit großraumig hereinbricht odersich plastisch verformt. Das Gebirge ubt einen Druck auf den Ausbau aus.

Unverritzt: Unverritzt nennt man im Bergbau ein Gebirge, das noch keinerlei bergmannischenEingriff erlitten hat.

2.7.3 Felsgruppenbeschreibung im Straßenbau

Fur den Straßenbau gibt es das bereits erwahnte Merkblatt uber Felsgruppenbeschreibung fur bautech-nische Zwecke im Straßenbau der Forschungsgesellschaft fur das Straßenwesen, das im Taschenbuchfur den Tunnelbau 1981 (DGGT 1981) abgedruckt ist. Dieses Merkblatt beschreibt ausfuhrlich dieKriterien, nach denen das Gebirge fur den Straßenbau zu klassifizieren ist, so dass fur diesen Bereichdes Felsbaus klar definierte Regelungen bestehen.

2.7.4 Internationale Klassifizierung

International ublich ist der RQD-Index (Rock Quality Designation) (DGGT 1982, Seite 168). DieserGutemaßstab bewertet den Kerngewinn bei Aufschlußbohrungen in Prozent. Gewertet werden nurKernstucke, die mindestens 10 cm lang sind. Er gibt also an, welcher Prozentsatz des Bohrgutes inStucken mit Langen von 10 cm oder mehr gewonnen wurde. Eine Erganzung zum RQD-Index ist derGeschwindigkeitsindex. Dieser Index gibt das Verhaltnis der im Bohrloch gemessenen SchallgeschwindigkeitvB zu der an den Gesteinskernen gemessenen Geschwindigkeit vG an. Bei der Einteilung in funf Klassenergibt sich das folgende Schema:

Guteklasse Kerngewinn vB/vG

RQD-Index [%] Geschw.-Index [%]

sehr gut (excellent) 90 – 100 80 – 100

gut (good) 75 – 90 60 – 80

maßig (fair) 50 – 75 40 – 60

schlecht (poor) 25 – 50 20 – 40

sehr schlecht (very poor) 0 – 25 0 – 20

Tabelle 2.4: RQD-Index

Der RQD-Index allein reicht naturlich nicht aus, um Fels in seinen mechanischen Eigenschaften sicherbeurteilen zu konnen. Deshalb werden von Goodman (1980) noch zusatzliche Schemata angegeben,die ahnlich wie der RQD-Index aufgebaut sind. International hat sich bisher jedoch kein differenziertesSchema durchgesetzt, so dass auf eine Vertiefung dieser Problematik verzichtet wird.