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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK Bodenphysik Seite 2.1 - 1 2 2.1 Bodenphysik Struktur der Böden Boden und Fels - Begriffsdefinitionen B 0 den im bautechnischen Sinne lst die oberflächennahe nicht verfestigte Zone der Erdkruste. Die Bestandteile sind miteinander nicht oder nur in so geringem Maße mineralisch verkittet, daß die Verkittung die Eigenschaften des Bodens nicht prägt (lILockergestein") . Fe I s ist jene Zone der Erdkruste, deren Bestandteile miteinander mineralisch fest verkittet sind. Seine Eigenschaften werden durch diese Verkitturig sowie durch Systeme von Trennflächen bestimmt (lIFestgestein"). Mineralaufbau Der Mineralbestand ist durch die Entstehungsgeschichte der Böden bestimmt und meist in einzelnen Körnungsbereichen unterschiedlich. In grobkörnigen Böden, die durch mechanische Venvitterung entstanden sind, überwiegen Mineralien der gebirgsbildenden Gesteine: z. B. Quarz, Feldspat, Glimmer, Kalk, Dolomit. Feinkörnige Böden, vornehmlich jene der Korngrößen < 0,006 rnrn, enthalten darüber hinaus durch chemische Verwitterung entstandene Tonminerale. Die Tonminerale sind Alurninlurn-Hydrosilikate. Sie bestehen aus Schichten von Silizium-Sauerstoff-Tetra- edern und Schichten von Aluminium-Oktaedern. Aufbau der Tonmineralien Struktur-Modell Symbol der Schicht Si o 0 DIWfOHI At'· /- Ton-Mineral SI Ieooeaer- (Jnned . tff1 OAfaedcr-{JIlIJeJl L:i)ff Struktur-Symbol Btodung Si-Tetraeder-Schicht Oktaeder-Schicht mit Al als Kation (Gibbs.it) Oktaeder-Schicht mil Mg als Kallen (Brccir] Basenaustausch- vermögen Farm des Minerals (rn<q1100 g) 1. Kaolinit 2.J.Wloysil 3. DJit 4. Monbnocillonll 5, QJJocil aOH fest 3 bis 15 6-eckigc PHitlchcn (}-QH 5 bis 40 Stabeben zwischen Dcppecchichtcri (Riihcchen) 2 oder 4.HzO K fest 10 bis 40 Plattehen I "Gli.rr.rner.utice;:;Tor.:nine.ra1" 0-0 Lehr schwach 80 bis 150 diinne Plattehen sehr fcst 10 bis 40 wie Ulil Technische Universität Darmstadt Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen 03/2003

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.1 - 1

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2.1

BodenphysikStruktur der Böden

Boden und Fels - Begriffsdefinitionen

B 0 d e n im bautechnischen Sinne lst die oberflächennahe nicht verfestigte Zone derErdkruste. Die Bestandteile sind miteinander nicht oder nur in so geringem Maßemineralisch verkittet, daß die Verkittung die Eigenschaften des Bodens nicht prägt(lILockergestein") .

Fe I s ist jene Zone der Erdkruste, deren Bestandteile miteinander mineralisch festverkittet sind. Seine Eigenschaften werden durch diese Verkitturig sowie durch Systemevon Trennflächen bestimmt (lIFestgestein").

Mineralaufbau

Der Mineralbestand ist durch die Entstehungsgeschichte der Böden bestimmt und meistin einzelnen Körnungsbereichen unterschiedlich. In grobkörnigen Böden, die durchmechanische Venvitterung entstanden sind, überwiegen Mineralien der gebirgsbildendenGesteine: z. B. Quarz, Feldspat, Glimmer, Kalk, Dolomit.Feinkörnige Böden, vornehmlich jene der Korngrößen < 0,006 rnrn, enthalten darüberhinaus durch chemische Verwitterung entstandene Tonminerale. Die Tonminerale sindAlurninlurn-Hydrosilikate. Sie bestehen aus Schichten von Silizium-Sauerstoff-Tetra­edern und Schichten von Aluminium-Oktaedern.

Aufbau der Tonmineralien

Struktur-Modell Symbol der Schicht

• Si

o 0 DIW fOHI

• At'· Od~rt1g /-

Ton-Mineral

SI-o~ Ieooeaer­(Jnned

.tff1 OAfaedcr-{JIlIJeJl

L:i)ff

Struktur-Symbol Btodung

Si-Tetraeder-Schicht

Oktaeder-Schichtmit Al als Kation (Gibbs.it)

Oktaeder-Schichtmil Mg als Kallen (Brccir]

Basenaustausch-vermögen Farm des Minerals

(rn<q1100 g)

1. Kaolinit

2.J.Wloysil

3. DJit

4. Monbnocillonll

5, QJJocil

aOH fest 3 bis 15 6-eckigc PHitlchcn

(}-QH 5 bis 40 Stabeben zwischen Dcppecchichtcri(Riihcchen) 2 oder 4.HzO

K fest 10 bis 40 Plattehen

I"Gli.rr.rner.utice;:;Tor.:nine.ra1"

0-0 Lehrschwach 80 bis 150 diinne Plattehen queUrih.i~

sehr fcst 10 bis 40 wie Ulil

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

Kornform und Kornrauhigkeit

Man unterscheidet die Kornformen: kugelig, gedrungen. prismatisch, plattig, stäb chen­förmig, plättchenförmig sowie die Kornrauliigkerten: scharfkantig, kantig, rundkantig.gerundet, glatt.

Bei g r 0 b k ö rn i g e n Bö den sind Kornform und Kornrauhigkeit von der Gesteinsartsowie der Transport. und Verwitterungsgeschichte abhängig. Das gedrungene Korn über­wiegt. Zunehmender Transportweg führt zur Rundung der Kanten und Glättung des Korns.Verwitterung kann die Kornrauhigkeit wieder steigern. Bei fe i n k Ö r n i gen Bö denist die Kornform allein von der Mineralart abhängig. Quarz, Kalk und Dolomit sindgedrungenbis prismatisch, Tonminerale in der Regel plättchenförmig, Halloysit stäbchen­förmig.

Seite 2.1 - 2

~@' @~/O1 2 J " 5 6

Kornfonnen,1. ku gelrg , ~. gedrungen,3. prismatisch, 4. plattig,5. stäbchenförmig, 6. plättchenförmig

Gefüge des Bodens

Kornrauhigkeit,

1. scharfkantig, 2. kantig,3. rundkantig, 4. gerundet, 5. glatt

Die Art, wie die Bodenkörner sich aneinander fiigen , ist von der Entstehung des Bodenssowie der Größe und der Art der Körner abhängig. Bei Kies und Sandkorn sowie beiKorngrößen des Grobschluffes treten molekulare Anziehungskräfte und elektrischeLadungskräfte gegenüber dem Eigengewicht zurück. Sedimentierende Körner rollen indie Hohlräume bereits abgelagerter Teilchen und bilden ein Ein z el kor n ge füg e .

Tonmineralien, die arn Rand positiv, an ihren Seiten negativ geladen sind, rollen anein­ander nicht mehr ab, sondern haften mit Ecke oder Kante an den Seitenflächen andererTeilchen und bilden so ein kartenhausartiges Gefüge (W a ben ge fü g e). In dieserForm lagern sich Süßwassersedimente ab.

Im Salzwasser bilden sich bereits beim Sedimentieren aus mehreren flächig haftendenTeilchen bestehende Aggregate, die gemeinsam absinken und eine noch lockerereF 10 c k enge fü g e aufbauen; OIe Flockenbildung wird unter anderemdurch hohe ,t;lektrolyt-KonzentratlOn, hone Temperatur und geringe Wasserstoff-Ionen­konzentration (saures Verhalten) des Wassers begünstigt.

Lockere Strukturen können auch in Verwitterungsböden durch Auslaugungen entstehen(Hydrolyse).

Bei Zusammendtückung regeln sich die Teilchen des Kartenhauses oder der Flockenbevorzugt senkrecht zur Druckrichtung, durch Scherbeanspruchung parallel zu den Gleit­flächen ein.

l 1 J[inzelkom Woben flocken

Gefüge des Bodens 1. Einzelkorngefüge2. Wabengefüge 3. Flockengefüge

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2-1

2.2

2.2.1

Mehrphasensystem Boden

Porenanteil und Porenzahl

Der Boden ist ein Mehrphasensystem, das sich aus denfolgenden 3 Phasen zusammensetzt:

Feststoffflüssige Phase, i.a. Wassergasförmige Phase, i.a. Luft

Porenanteil:

Porenzah!:

Sältigungszahl:

Volumen der Poren Va + vF V"n » ~----

Gesamtvolumen V V

Volumen der Poren Va + VF V;e » -----

Volumen der Festmasse V. V.

Volumen der flüssigen Phase VFS - =-

r Volumen der Poren Vp

Der Zusammenhang von Porenanteil und Porenzahl

en=--

1 + eQs

Porenzahl

Porenanteil

Psew =w·

Pw

en

l-n

Für die sättigungszahl Srsystem vor.

1,0 liegt ein Zweiphasen-

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2·2

2.2.2 Dichten und Wichten

Die Korndichte [Js ist die auf das Kornvolumen einschließlich etwa eingeschlossenerHohlräume bezogene Masse der Körner

Ps =

Mittelwerte der Komdichte in g/cm 3 oder t/m 3 :

Sand (Quarz) 2,65Ton 2,70-2,80Schluff 2,68-2,70Torf 1,50-1,80Basalt "3,00-3,15Tonschiefer 2,80-2,90Kalkstein 2,70-2,90Sandstein 2,64-2,72.

D ich ted es Bad e n s wird das Verhältnis der Masse des feuchten Bodens zumVolumen des Bodens einschließlich der mit Flüssigkeit und Gas gefüllten Poren genannt,

mfI) = V'

als T r 0 c k end ich ted e s B 0 den s wird das Verhältnis der Trockenmasse zumgleichen Volumen des feuchten Bodens definiert

9d = V

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 3

Eignung der Vorfahren zur Ermittlung der Dichte in Abhängigkeit von der Bodenart (aus DIN 18 125, T 2)

Bodenartgut gooignet

VsrlölhronungQcigne(

ohne Grobkorn

bindigar Boden

mit "Grobkorn

Fein- bi:sMlrtefsande

Ausstechavllnder­und allu enderenVerfahren

.l1e Ersatzverfahren

Ausarechzvtinder­Verfahren

keine

Auastechavllnder­Vorfahren

keine

nichtbindiger.Boden

Kles-Sand-Gernis ch

Balton-, Kleister..ersatz-, Gipsersarz-, Aussrechzvlindcr-Was:serersatz- VerfahrenVerfahren

sandarmer Kies

Steine und Blöcke mit geringen Beimengen

Balton-, Was.ser·ersa tz-, Glpsersarz­Verfahren

~chürfgruben·f

Wasserersatz­Verfahr~n

Ausstechzvllnder­Sandarsatz-Verfahren,Betonl tersa tz­Verfahren

alle anderen Verfahren

Die Wichte (I) des Bodens ist die lotrecht wirkende Gewichtskraft, bezogenauf das Volumen (kN/m3

) .

Unterschieden werden ebenfalls wieder:

, = Wichte des feuchten Bodens

l+w, = (1 - n) 's . (1 + w) = 1 + e IS

n = Porenanteil, e = Porenzahl

'd =Wichte des trockenen Bodens (Trockenwichte)

1'd = (1 - n), = -- Is 1 + e s

Ir = Wichte des wassergesättigten Bodens

Ir =(l - n) '$ + n . 'w = I d + n . IW =

" = Wichte des Bodens unter Auftrieb

IS + e • IW

1 + e

IS - IW

1 + e

Man erhält clie Wichte durch Umrechnung der versuchstechnisch ermitteltenDichte p (in g/cm") in kN/m 3

• Die Wichte des Bodens wird für Lastannahmenzur Berechnung von Erdauflasten, Erddruck, Grundbruch, Setzungen und Massen­verlagerungen benötigt.

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 4

2.2.3 Lagerungsdichte

Die Kenntnis des Porenanteils n oder der Trockendichte Pd genügt nicht zur Be­urteilung, ob ein Boden locker, mitteldicht oder dicht gelagert ist. Hierzu müssendie Extremwerte für den Porenanteil oder die Trockendichte bekannt sein undmit der natürlichen Lagerung verglichen werden.

Lockerste Lagerung:

rnin Pdmax n = 1 -

Dichteste Lagerung:max Pd

min n = 1 -Ps

- 1min e =Ps----1max e =min Pd max Pd

Mit i-mfe der Extremwerte und dem Porenanteil n bzw. der Porenzahl e innatürlicher Lagerung kann die Qualität der natürlichen Lagerungsdichte von San­den und Kiesen in einheitlichen Bezeichnungen und Zahlenwerten ausgedrücktwerden. .

I D = -----­max e - min e

Lagerungsdichte D:

bezogene Lagerungsdichte I D :

D=max n - n

max n - rnin n

max e - e

max Pd - min Pd

max Pd (od - mm Pd)=

Pd (max Pd - min Pd)

Verdichtungsfähigkeit Ir:max e - min e

rnin e

Lagerungsdichte D nichtbindiger Böden

Lagerung greichlörmige Böden (U< 3) u ngleichförmige Böden (U> 3)

sehr lockerlockermittel dichtdicht

D < 0,150,15 .;; D < 0,300,30 0< D < 0,50

D ;;. 0,50

D < 0,200,:20 <; D < 0,450,45 <; D < 0,65

D ;;. 0,65

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2·5

'.

2.2.4 Wassergehalt

Das Verhältnis des Massenverlustes beim Trocknen m., (Masse des Porenwassers) zurverbleibenden Trockenmasse md heißt Wassergehalt

W=

Der Wassergehalt natürlicher Böden ist unter dem Grundwasser durch seine Porenzahlbestimmt.

(JwW = e·

(Js

2.2.5 Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngrößen

z esuch reGröOe.n

w; w; na=n-nw

vo rzeae bene GrößenPs Und Pw

w ; Sr = 1; n.... =0P

(w)

Wa..ssen:ehaltw

(.eesätlLt:terBoden)

n' Pw(l-n)·p.!l

Pw.. -P,

(p~-(lg}'(lw (P,-p)'Pw ~_~

"s(Pt Pw) (p Sr"l?w)'Ps {>d Ps

Wasserzehaltw

(teilc:es.iitticLerBoden)

Po r e nantef ln

Porenz.ahle

W' (ls W"(l.s+na.'(lw

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W "P3+ na' Qw

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W • (13

w· Ps + (lw

p,w.-Pw

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DichteP,

te:sJillh::1.CrBoden

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l+w (l.s Ps

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(tcUl:uilli.::t.-crBoden)

Sr' Pw 'Qs (1- ":.lI) (1 ... w) • {)s(l + w) ·-w-.'--p-,':'+=:sO-r':;·'--~-w-! w •~ + 1 -

Pw

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3-1

2.3 Benennung und Klassifikation von Böden

Benennung nach DIN 4022 und DIN EN ISO 14688-1

Mit Einführung der DIN EN ISO 14688-1 wird die Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von

Böden (direkt im Feld) anhand (einfacher) visueller und manueller Techniken international geregelt. Mit

dem damit einhergehenden Ersatz der DIN 4022-1 zur "Benennung und Beschreibung von Boden und

Fels" werden im Wesentlichen die deutschen Bezeichnungen durch gleichwertige englische Begriffe

ersetzt. Es ist jedoch zu erwarten, dass trotz der Einführung der DIN EN ISO 14688-1 die Benennung

von Böden auch weiterhin nach DIN 4022 gebräuchlich sein wird. Daher wird in diesem Kapitel die

Benennung nach DIN 4022 vorgestellt.

Die Bezeichnungen der Bodenkörner anhand der Korngröße nach DIN EN 14688-1 und DIN 4022-1

sind folgender Tabelle zu entnehmen:

Bereich(DIN EN ISO

14688-1 )

Benennung(DIN EN ISO

14688-1 )

Kurzzelehen(DIN EN ISO14688-1 )

Kurzzelehen(DIN 4022-1)

Korngrößenberel eh[mm)

manuelle Bestimmung

Grieß

größer als Hühnereier

< 0,002

> 0,002 ..0,063> 0,02 .. 0,063

> 0,0063 .. 0,02

> 0,002 • 0,0063

> 0,063-2,0> 0,63 • 2,0> 0,2 • 0,63

> 0,063· 0,2

> 2·63> 20 • 63

> 6,3 • 20

> 2,0 • 6,3

> 63 - 200

> 6301---------..--.-.-------.---> 200 . 630 Kopfgröße

H

Hühnerei

Haselnuss

Erbse1· ..--········..··..··..·....····+··_·······_··..•····•..··_··",,-,1

Streichholzkopf

----t------+----t---------·-t·-·---···......·..·····--·······Igering plastisch 1)

Itrocken: gut zu Staub

izerdrückbar.

feucht: mehlig, stumpf,bröckelt;

Im Wasser' wird leicht zu

Brei, starke Trübung des

Wassers;·--·-·--·-+-------+-..--..·..--1-------..·-·-----+·--------..- ..-.ausgeprägt plastisch

trocken: nur zu zerbre­

chen;

feucht: seifig, glänzig,

knetbar, vom Finger nur

abzuwaschen;

im Wasser: schwer auf­zuweichen, geringe Trü­

bung des Wassers;

großer Block LBo

sehr grobkörni-~"-"".'-~< -~~~~-_...,_._~-- .--,--,._~-

ger BodenBlock Bo Y

Stein Co X

Kies Gr G

Grobkies CGr gG

Mittelkies MGr mG

grobkörnigerFeinkies FGr fG

Boden..._-_.._-~~~~~~~., ~_~·~,,"~·__""·__''''__·__~,_~''.~~,~w.

Sand Sa SGrobsand CSa 9SMittelsand MSa mS

Feinsand FSa fS..

ISchluff Si Ui

GrobschluffI

es gU

Mittelschluff MSi mU

Feinschluff FSi fU

.feinkörniger

Boden

Ton CI T

I1) Zur UnterseIleidung von Schluff und Ton ist auch der SchOttelversuch gut geeignet Wird ein feuchter Probenklumpen in

der Hand geschüttelt, tritt aus Schluff Wasser aus. Dieses wird nach dem Schütteln von der Probe wieder aufgenommen.

Benennung der Bodenkörner nach ihrer Größe (nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN 4022-1)

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alte8.0

lJJ N ~CKörnungstinie CD

~ "Umw' ~z-0.....

Schlämmkorn Siebkorn CD' !!?, 3:Schluffkorn Sandkorn Kieskorn

!Steine - "'mFeinstes c: 0. Fein- t MitteI- I Grob- Fein- t 1'1ittel- I Grob- Fein- t I'litle[- I Grob- .....

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CD Korndurchmesser d in mm 0....»: Zcn.-+

-"0 Linie Nr:~ - - co

-"c Bodenart: Kies, sandig Ton Ton, sandig, kiesig N:::l

(Beispiel 1) (Beispiel 2) ~0.. (Verwitterungslehm)s::: (Beispiel 31CD0 U=dbOld,0 10,5:::TIII:::lÄ Sedi- Siebung und3' Arbeitswe ise Siebung

rnentatlon SedimentationlJJIIIc~

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 3

2.3.2 Zustandsgrenzen

Bei bindigen Böden bestimmt der WassergehaI t die Zu­standsform (Konsistenz) des Bodens, die für dessen Trag­fähigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist. Die Zu­standsgrenzen (Atterberg f schen Grenzen) sind nach DIN18122 wie folgt definiert:

Fließgrenze:

Ausrollgrenze:

Schrumpfgrenze:

Bestimmung im Fließgrenzengerätnach Casagrande

Bestimmung im Ausrollversuch

Berechnung durch

Ws = (Vd -~ ) Qwmd Qs

Vd Volumen des trocknenen Probekörpers in crrr'

md Trockenmasse des Probekörpers in 9

Os Korndichte des Bodens nach DIN 18124 Teil 1 in g/cm3

Qw Dichte des Wassers in g/cm3

Der Umfang des plastischen Bereiches wird durch diePlastizitätszahl I p beschrieben:

I p = wL - Wp

Konsistenzband

Nach DIN 18196 wird der Plastizitätsgrad nach der Fließ­grenze bestimmt:

wL < 0,350,35 :::; wL < 0,5wL 2: 0, 5

leicht plastischmittelplastischausgeprägt plastisch

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

50.----.,-----,-----.,----.,-----,----,..-----,------,

/ausgeprägt /V

I plastische: Tone TAI

leichtplastischeTone Tl

Seite 2.3 - 4

10 20 30 35 40 50Fließgrenze "'l in % -

Plastizitätsdiagramm mit Bodengruppen

60 70 BO

Plastizitätsdiagramm nach Casagrande (DIN 18196)

Die Zustandsform eines Bodens wird durch die Konsistenz­zahl I e beschrieben:

Ie =

Die Liquiditätszahl I L ist die Ergänzung der Konsistenz­zahl zu 1:

I p

Den Zustands formen des plastischen Bereiches sind fol­gende Zahlenwerte von I L und I e zugeordnet:

Zustandsform desh Jeplastischen Bereichs

breiig von 1,0 1)bis 0,5 von0 1) bisO,5

weich von 0,5 bis 0,25 vonO,5 bis 0,75

steif von 0,25 bis 0 2) von 0,75 bis 1,0 2)

1) Fließgrenze 2) Ausrollgrenze

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 5

..

Die Aktivitätszahl I A gibt das Verhältnis der Plastizitätzum Tonanteil an und beschreibt die Art der Tonminerale:

mT Trockenmasse der KörnerSO,OO2 mm in der Probe

md Trockenmasse der KörnerS 0,4 mm in der Probe

I A < 0,750,75 :s; I A < 1,25I A ;::: 1,25

inaktiver Tonnormaler Tonaktiver Ton

Fließgrenze und Aktivitätszahl feinkörniger Böden:

Erdstoff/Mineral wL IA[ %J [ - J

Schluff (Quarzmehl ) - 0

Ton (Kao1in i t ) 70 0,4

Ton (I 11 t t ) 100 0,9

Ton (Ca-Montmorillonit) 500 1,5

Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 6

2.3.3 Benennung von Böden nach DIN4022

Auszug aus DIN 4022, Teil 1 (1987)

Die aus den Wassergehalten bei der Fließgrenze WL undAusrollgrenze wp abgeleitete Plastizitätszahl

Ip =WL- wp

läßt eine Unterscheidung zwischen Ton und Schluff nachihrem bodenphysikalischen Verhalten zu.Um Ton handelt es sich bel

Ip;::: 0,73 (wL - 20) in %

5 Grundlagen des Benennens von Bodenarten

5.1 Allgemeines

Für das Benennen der Bodenarten werden In dieser Normentsprechende Unterscheidungsmerkmale angegeben(Kurzzeichen siehe OIN 4023). Diese ermöglichen im allge­meinen eine hinreichend zutreffende Einordnung. Einegenaue Einordnung, die durch Korngrößenanteiie, Konsi­stenzgrenzen oder organische Anteile festgelegt ist, kann nuraufgrund von Versuchen im Laboratorium vorgenommenwerden, siehe DIN 18122 Teil 1 und DIN 18123.

undIp ;:::7 in%

Um Schluff handelt es sich bei

Ip< 0,73 (WL - 20) in %

Durch diese Grenzen und die Plastizitätsgrade wird der fein­körnige Boden in Plastizitätsbereiche aufgeteilt, siehe Bild 3.In dem Zwischenbereich

lv e: 0,73 (WL - 20) in %

können feinkörnige Böden nur nach manuellen Versuchenaufgrund ihres Verhaltens dem Ton- oder Schluffbereichzugeordnet werden.

5.4 Organische Bestandteile

Die Benennung von Böden mit organischen Bestandteilenrichtet sich nach der Art, dem Anteil, dem Zersetzungsgradund den Entstehungsbedingungen dieser Bestandteile. Beider Art der organischen Bestandteile ist zu unterscheidennach pflanzlichen und tierischen Resten. Einen Anhaltspunktüber den Humusgehalt gibt die Farbe nach Abschnitt 8.4 undder Ausquetschversuch nach Abschnitt 8.12.

Der Zersetzungsgrad kann nur bei rein pflanzlichen Bestand­teilen festgestellt werden. Bei den Entstehungsbedingungenunterscheidet man an Ort und Stelle gewachsene und unterWasser abgesetzte organische Bestandteile.

in %

in%4< Ip < 7

Ip< 4und

und

5.3 Plastizitätsbereiche

Plastische Eigenschaften weisen Böden auf, an denen derKnetversuch, siehe Abschnitt 8.7, ausgeführt und an denendie Zustandsgrenzen bestimmt werden können.

Anmerkung: Böden mit plastischen Eigenschaften werdenauch bindige Böden genannt.

Die Unterscheidung der Plastizitätsbereiche und dieBenennung nach Schluff oder Ton erfolgt nach dem Trocken­festigkeitsversuch (siehe Abschnitt 8.5), dem Knetversuch(siehe Abschnitt 8.7) und dem Schneideversuch (sieheAbschnitt 8.9). Es werden' unterschieden:

- leicht plastisch

- mittel plastisch

- ausgeprägt plastisch.

Eine genaue Unterscheidung ist nur durch Laborversuche zurBestimmung der Fließgrenze WL und der Ausrollgrenze Wp

möglich,

An jedem feinkörnigen Boden können der Wassergehall ander Fließgrenze WL und der Wassergehalt an der Ausroli­grenze wp bestimmt werden (siehe DIN 18122 Teil 1).

Anhand des Wassergehaltes an der Rießgrenze WL werdenfolgende Piastizitätsgrade unterschieden:

- leicht plastisch unte. 35 in "10

- mittel plastisch 35 bis 50 in "10

- ausgeprägt plastisch über 50 in %

5.2 Komgrößenbereiche bei mineralischem Boden

Der Grobkornbereich (auch Siebkorn genannt) wird nachTabelle 1 benannt. Hierzu ist das Verfahren in Abschnitt 8.1angegeben. Zur genauen Benennung sind Laborunter­suchungen nach DIN 18123 durchzuführen.

Bei der Benennung im Feinkornbereich (Schluff und Ton) wirddie Bodenart nicht allein nach den Korngrößen unter­schieden, da die bautechnischen Eigenschaften dieserBodenarten auch von den plastischen Eigenschaftenbestimmt werden.

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 7

Tabelle 1. Komgrößenbereiche

Kurz- KorngröBenbereichElereichlBenennung zeichen mm

Blöcke y über 200

Steine X über 63 bis 200

Kieskorn G über 2 bis 63

Grobkorn- Grobkies gG über 20 bis 63

bereich Mittelkies mG über 6,3 bis 20

(Siebkorn) Feinkies fG über 2,0 bis 6,3

Sandkorn S über 0,06 bis 2,0

Grobsand gS über 0,6 bis 2,0

Miltelsand mS über 0,2 bis 0,6

Feinsand fS über 0,06 bis 0,2

SchluHkorn U über 0,002 bis 0,06

Feinkorn- Grobschluff gU über 0,02 bis 0,06

bereich Miltelschiuff mU über 0,006 bis 0,02

(Schlämm- Feinschluff fU über 0,002 bis 0,006

korn)unter 0,002Tonkorn (Feinstes) T

%TO6020

i ToneI

/Vy I--- ---"'-:7 ,/ I I

Zwischenbereich /" ,/ I I--l--~-~ I 1

3035I 40 ~leiehr plastisch miHelplastisch I ausgeprägt plastisch

50

%

40

1 30~:croN

~~

:§ 20Vlro

0:::

10

TI-41-

00 10

FlieOgrenze wL--

Plastizitätsdiagramm zum Benennen von Bodenarten

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 8

I organische IBenennung Bestandteile Bemerkung

6.3 Organische Bodenarten und Anleile

Organische Bodenarten und Anteile sind Tori, Mudde,Humus, siehe Tabelle 2.

Tabelle 2. OrganIsche Bodenarten und Anteile

Torf wird nach dem Zerselzungsgrad unterschieden. Imnassen Zustand kann dieser durch den Ausquetschversuch,im trockenen Zustand nur nach dem Aussehen festgestelltwerden.

Tabelle 3. ß.estJmmung des Zemetzungsgrades bei nassenTorten durch den Ausquetschvernuch

Püamemasem

nur"wenigeResta vnnPflanzen, lastkein Rucl:~nd

rein organisch

mit anorganischenBestandteilendurchsetzt

bildet mit anorgani­schen BestandteilenOberboden(Mutterboden)

AbgepreBlns

Merkmale

klares bisbübes Wasser

Pflanzen­strukturunim Tori

peu11icileltennbar

kaum odernicht mahrerkennbar

pflanzliche Reste

pflanzliche undtierische Reste

pflanzliche Reste,lebende Organismenund deren Ausschal­dungen

Mudde

Toil,

Humus

Zersemnos­grad

nicht bismäßig zersetzt

stilrtbisvöllig zersetzt

Bei organischen Bodenarten mit mineralischen Anteilenwerden diese durch Adjektive nach Abschnitt 6.2.3 zumAusdruck gebracht, z, B.Mudde, tonigMudde, stark sandigTon, schwach feinsandig.

Treten organi.5che Bestandteile als 8eimengungen auf, soWerden die Adjektive torfig, humos ader als Sammelbegriff­organisch verwendet. Geringe Anteile sind durch das Adjektiv.scnwacn-, hohe Anteile durch das Adjektiv ..stark- zu kenn'zeichnen. Die humushaltlge oberste Bodenschicht wird auchals Oberboden (Mutterboden) bezeichnet.

Bel folnkömlgon NobflnnntoUen wird dem Adjektiv ~lonjo"oder .schlut11g" das Belwort ..achwach" oder "ntllrK" dannvorangesetzt, wenn sie von besondors geringem oder beson­ders starkem Einfluß auf das Verhalten des Bodens sind.Derartlgo Unterscheidungen sind aber nur bel grobkörnigonBöden und bel gemischlkörnigen Böden möglich, derenVerhalten nicht Vom Feinkornanteil geprägt wird.

z, B. .Ktes. sandig, schwach schlufflg.

.Sand, stark toniG, schwach teinkiesig",

Bel feInkörnigen und gemischtkörnigen Böden, deren Verhal­ten Vom Foinkomanteil geprägt Ist, wird auch das Vorhanden"sein feinkörniger Nebenanteüe nufgrund der plastischenEigenschaften nach den Versuchen In den Abschnitten 8.5,

. 8.7 und 8.9 ats Schluff oder Ton beurteilt. .

Ein Ton Ist "schluffig" und ein SchluH Ist "tonig", wenn ihrePlastizltälszahlen Ip Im Plastlzitälsdlagramm (siehe Bild 3)weniger als 3 % über oder unter der A~Linie liegen.z, B.•Schluff. tonig, schwach sandig"

.Ton, SC.hluHig, stark kiesig, sandig".

8.2.4 Zwei Bodenurton rnlt etwa gleichen MnnsenanteilenSind.bei grobkörnigen Böden zwei Korngrößenbereiche mitetwa gleIchen Meuaerumteüen vertreten (40 bis 50%), .50sind deren Substantive durch ein .vnc- zu verbinden, z. B.,..Kies und Sand", .Eeln- und Mlttelsarrd'',

6.2.2..2 Der Hauptanteil Ist die nach Massenanteilen amstärksten vertretene Bodenarte

a) bei grobkörnigen Böden, deren Feinkornanteil (Schluffund/oder Ton) weniger als 5 % beträgt,

b) bel gemischtkörnigen Böden, deren Feinkornanteil(Schlutt und/oder Ton) 5 bis 40 % beträgt, wenn dieser dasVerhalten des Bodens nicht bestimmt

6.2.2 Heuptantellu

6.2 ..2.1 Hauptanteil Ist entweder die Bodenart. die nachMassenanteil am stärksten vertreten Ist, oder jene, die dIebestimmenden Eigenschaften des Bodens prägt

6..2 Zusammengesetzte Bodenarten

6.2.1 Allgemeines

Zusammengesetzte Bodenarten werden mit .einern Sub­stantiv (Hauptwort) für den Hauptante!l und mit einem odermehreren Adjektiven (Eigenschaftswörtern) für die Neben­anteile bezeichnet. z, B. Kies, sandig; Ton. kiesig.

6 Angaben tür das Benennen von Bodenarten6.1 Reine Bodenarten

Reine Bodenarten bestehen nur aus einem Komqröüen­bereich nach Tabelle 1 und werden nach diesen benannt,z, B. Kies, Feinsand. Grobschturt.

Anmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann nicht dasVerMalten .eines gcmischtkörnigen Bodens, wenn der Boden imTrockenfestigkeilsversuch (siehe Abschnitt 8.5) keineoder nur eine niedrige Trockenfesligkeit aufweistoder wenn er bei sinngemäßer Anwendung des Knet­versuches (siehe Abschnitt 8.7) keine Knetfähigkeitzeigt.

In beiden Fällen wird die Benennung nach den Korngrö8en­unterbereichen gewählt. die in Abschnitt 5.2 den Grobkorn­bereich unterteilen, z, B. Kies, Sand, MItteikies, Feinsand.

6.2..2.3 Der Hauptanteil ist die Bo denart, welche diebestimmenden EIgenschaften des Bodens prägt.

a) bei feinkörnigen Böden, also bei Böden, deren Feinkorn­Massenanteil mehr als 40% beträgt,

b} bei gemischtkörnigen Böden, wenn der Feinkorn­Massenanteil das Verhalten des Bodens bestlmml

Anmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann das Verhalteneines gemischlkörnigen Bodens, wenn diesermindestens eine mittlere Trackentestigkelt nach demVersuch (siehe Abschnitt 8.5) aufweist und/oder knet­bar nach dem Versuch (siehe Abschnitt B.7) Ist.

In beiden Fällen wird entweder die Benennung "Ton" oder.SchluH" gewählt. Welche von diesen zutrifft, hängt nicht vander KorngröBenverteliung, sondern ausschließlich von denplastischen Eigenschaften des Feinkornanteils ab. Die Unter­scheidung zwischen Schluff und Ton erfolgt nach denAbschnitten 8.5, 8.7 und 8.9.

Um einen .Ton" handelt es sich, wenn der Boden im Plastlzl­tätsdiagramm (siehe Bild 3) über der A-Unie liegt und wenndie PlastizItätszahl Ip > 7 isL Liegt er unterhalb der A'Linieoder ist Ip < 4, so trifft die Benennung ..SchluH" zu.

6.2.3 Nebenantafte

Nebenanteil ist der Anteil an Feinkorn, der die bestimmendenEigenschaften des Bodens nicht prägt. Als Adjektiv dientdann Je nach den plastischen Eigenschaften "tonlg~ oder.schlufflg·.

Oie Adjektive der Nebenanieile werden in der ReihentotqeIhrer Bedeutung dem Substantiv des Hauplanteiles nach­ge"lolll;

z, 8...Kies, sandig"

"Feinkies, grob.:sandig"

..Grobsand, mittel sandig, feinkiesig"

.Feinsand, schluHig"

..SchluH, feinkiesig, grobsandjg~

"Tan, mittelsandig",

Sind grobkömlga Nebenentatla in besonders geringem undbesonders starkem Umfang vertreten, so wird dem Adjektivdas Belwer-t .3chwDChu oder ...!ltark" vorunqese trt.

Ist die Körnungsllnie bekannt, so sind die Massennnleilegrobkörniger 8eimengungen zu benennen

als ..schwach" bei weniger als 15%DIs ..stark- bei mehr als 30%,

z. B.•Kles, stark sandig"

.Mlttefkles, stark feinkiesig, grobsandig­

.Grcbaanrf miltcl:::andig, schwach kIesig""Schluff, stark fejn~andlg, mitte/sandIg".Ton, stark kiesig, orobonndlg."

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Des Benennen von Bodenarten nach DIN 4022. Ausqobe Sept. 1987,

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"beatlrnmande §gen­echaften dee Badeneprägende Badenan

organische Bodenarten (6:3)-+- Tabellen 2- und 3

zwei Bodenonen 'mit etwagleichen Moesenantellen,40 - 60 Gew;" (6.2.4)z.B, "Felnkles und Orobscnd"

-grobkörnig (0< 0,06 mm -feinkörnig (0$ 0,06 mrnweniger als 5 Gew.%) mehr als 40 Gew.%)

-gemischtkörnig, wenn -gemischtkörnig,- wenn Fein-gilt: 0< 0,06 mm zwischen komanteil prögend5 und 40 Gew.%...tJ.lllL '(Kriterium: Trockenfestig-Feinkornantell nicht keits- oder Knetversuchprägend (Kriterium: nach Kap. 8)Trockenfestigkeits- oder -nach Bestimmung der plast.Knetversuch nach Kap. 8) Eigenschaften Aus-

-z.B. "Felnklea, Sand etc, wertunq des PlastlzitCHs­diagrammes, nach Bild 3(Kriterium: Plastizitäts­zohl, A-Llnie)-

-Unterscheidung in Schluffoder Ton (keine feinereUnterteilung noch Tab. 1)

nach Ma~Mnantell, ornetdrksten vertreteneBodenort

-bei starkem oder geringemEinfluß auf Verhalten desBodens Unterscheidungin "schwach und stark"

-z.B:'Sand, stark tonig"

feinkörnigo s 0,.06 mm

z.B. tonlo"

zusammengesetzte,8odenarten (6.2)

grobkörnigo > 0,06 mmz.B, '"feln:sandig'"

-Versuche nach Kcp. 8 ,-Plastizitötsdiagramm (Bild 3)~z.B. ~Schluff, tonig"

< 15 Gew.XAnteil sehr' geringz.B.":schwach :landlg'"

~

reine Bodenarten (6.1)-Jlo-Tabelle 1

> 30 Gew.~

Anteil sehr hochz.B. '"etork kiesig"

~CDozrOJ:::J

'"

~CD....,»:cn0-~C:::J0..

:3OJOJc::ii:CDcnCD:::J

oOJ

§cnm0..-

--hc:....,

:::J~

~-

-1(J)o:::r:::Jü)"ozr(J)

C:::J

<"(J)....,cn

~

ow<,t0oow

co

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2.3.4 Auszug aus DIN 4023Kurzzeichen, Zeichen und Farbkennzeichnungen für Bodenarten und

Fels nach DIN 4022, Teil 1

1 2 3 I 4 5 6 I 7

Benennung Kurzzeichen FarbkennzeichnungZeichen Farbzeichen

Bodenart Beimengung Farbnamenach

Bodenart Beimengung DIN 6164Teil 1

kiesig G Wo 00

o u0 ~IKies g 0°0 00°0°0'0' 00

0"' 00 °

1,0 0 0 ,IGrobkies grobkiesig gG gg ° 00°°0 0 0 0

gelb 2: 6 : 1

Miltelkies miltelkiesig mG mg 10 0 0 °0 0 I0 0°00 0o Q 0

1000000°,/Feinkies feinkiesig fG fg 0

00 ~ 0 0 0 0 °0° I00 0000

Sand sandig S s r: ~:,,;,:,\~ :\;·":1 I.' ....... : II,· ....• ·:1 IGrobsand grobsandig gS gs . . .. . !... . ..... .. .. !

orange

i6:6:2

Miltelsand mittelsandig mS ms r' .' Jr , :.'.::."., -.- ,. :. : .. :

!I"" '.'. I II

Feinsand feinsandig fS fs ::/:''':''.:'~~:.:::.::.:,:! II,-:..~: ~I I

ISchluff schluffig U u oliv I 1 : 4: 5

~ - -d !:

Ton tonig T t violett I 14: 5: 4

itorfig, I ---I i

Torf, Humushumos

H h du nkelbraun I 5: 2: 6!

I:.=--~~~.:::-1 I

I

F - lila I 11 : 4: 4

Mudde I,(Faulschlamm)

,organische - 0 - I -Beimengung !

Auffüllung A I A Ii- -I

-

Steinela 0 0 oQo Q I i

steinig X -x 0 00 gelb

!2 : 6: 1

o D (J 0 Ob

I ~o ",00 °1 IBlöcke mit Blöcken y y IR o o 0",'" gelb 2: 6: 1o lQ (JJ' zn 0

Fels, allgemein Z - IZz Z Z Zz z I ,grün I

21 : 6: 5

Fels, verwittert Zv - IZv LV LV Z I I

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1 2 3 4 I 5

Farbkennzeichnung

Farbzeichen

Benennung Kurz-Zeichen Farbname

nachzeichen DIN 6164

Teil 1

Mutterboden Mu I ~lu I gelbl ich braun 4:5:3

Verwitteru ngslehm, Hanglehm L ~ grau N : 0: 5,5

Hangschutt Lx ~ grau N : 0: 5,5

Geschiebelehm Lg ~ grau N : 0: 5,5

Geschiebemergel Mg ~ violettblau 15: 6 :4

Löß Lö I~I~I~~II oliv 1 : 4: 5

Löß lehm Löl V7~ oliv 1 : 4: 5

Klei, Schlick KI I ~~-=-~~ I lila 11 : 4: 4

Wiesenkalk, Seekalk, Seekreide, Kalkmudde Wk I ----" -" ---" I hellblau 17 : 5 : 2----"----" ---"

Bänderton Bt ~~ violett 14: 5: 4

Vulkanische Aschen V IvV

v vVvV ~I grau N : 0 : 5,5

Braunkohle Bk 1-='-1 dunkelbraun 5:2:6

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.

BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 . 12

1 2 3 4 I 5

Kurz-Farbkennzeichnung

Benennung Zeichen Farbzeichenzeichen Farbname

nachDIN 6164

Teil 1

Fels, allgemein Z I Z I grün 21 : 6: 5

Konglomerat, Brekzie Gst I o Z 01 gelb 2: 6: 1

Sandstein S5t I z· I orange 6:6:2

Schluffstein Ust I z----- I oliv 1 : 4: 5

Tonstein Tst I z- I violett 14: 5: 4

Mergelstein Mst I Z-I I violettblau 15: 6: 4

Kalkstein Kst I ZI I dunkelblau 17 : 5: 4

Dolomitstein Ost I ZI I dunkelblau 17: 5: 4

Kreidestein Krst I ZH I hellblau 17: 5 : 2

Kalktuff Ktst I zn I hellblau 17 : 5: 2

Anhydrit Ahst I ZA I gelbgrün 23: 6: 3

Gips Gyst I ZV I gelbgrün 23 : 6 : 3

Salzgestein Sast I ZD I gelbgrün 23 : 6; 3

Verfestigte vulkanische Aschen (Tuffstein) Vst I zV I grau N : 0: 5,5

Steinkohle Stk I Z~ I dunkelbraun 5: 2; 6

Quarzit Q I ZV I rosa 9 : 3 : 2

Massige Ersterrungsgesteine und MetamorphiteMa I z+ I rot 8:7:2(Granit, Gabbro, Basalt, Gneis)

Blättrige, feinschichtige MetamorphiteBI I Z~ I violett 14 : 5: 4

(Glimmerschiefer, Phyllit)

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 13

Über der 'Säule Links der Säule Rechts der Säule

Sch 1 c Schurf Nr 1 p21 NN+352,1 = Sonderprobe aus 19,0 m V = naBTiefe: NN + 352,1 m Vernässungszone

oberhalb dasGrundwassers

B3 : Bohrung Nr3

Kl [Xl NN +111,,8 = Bohrkern aus 5,2 m ~ = breiigTiefe: NN + 114,8 m

BK Bohr~ngtür Untersuchungen ausgewählt

=mit durch-gehender

2Gewinnunp = weichgekernterProben Si' 8,9 = Grundwasser am 1. 4. 1968 in 8.9 m

( 1.1,.68) unter Gelände angebohrt

IJ = steil

BP = Bohrung I

mit durch-gehender y 8,9 = Grundwasserstand nach Beendigung derGewinnung (1.4.681 3h Bohrung oder bei Änderung des Wasser-nichtgekernter spiegels nach seinem Antreffen jeweils

IProben mit Angaben der Zeltdilferenz in = halbfestStunden (3") nach Einstellen oderRuhen der Bohrarbeiten

BuP = Bohrung

11mit Gewinnung = testunvollständiger y NN+ 118,0 = Ruhewassersland in einem ausgebautenProben 10.5.68 8ohrloch

BS = Sondierbohrung

~\Y NN+365,7 '" Grundwasser in 15,8m unter [3elände = klüt1ig

/\ (12.6.68) lOh : NN + 355,7 mangebohrt,Anstieg des Wassers bis 5,8 munter Gelände

NN+355.7 = : NN +365,7 m nach 10 Stunden

NN+ 11,7 = Wasser versickert in NN + 11,7 m

r(12.6.68)

~=Streichen (hier SW-NE) und Fallen

-$(hier 25° nach SE) von Trennllächen

11 I '" gekernte Strecke

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..

2.3.6 Boden- und Felsklassen nach DIN 18 300 (VOB, Teil C)

Klasse 1: OberbodenOberste Schicht des Bodens, die neben anorganischen Stoffen, z. B. Kies-, Sand-,Schluff- und Tongemischen, auch Humus und Bodenlebewesen enthält.

Klasse 2: Fließende BodenartenBodenarten, die von flüssiger bis breiiger Beschaffenheit sind und die das Wasserschwer abgeben.

Klasse 3: Leicht lösbare BodenartenNichtbindige bis schwachbindige Sande, Kiese und Sand-Kies-Gemische mit bis zu15% Beimengungen an Schluff und Ton (Korngröße kleiner als 0,06 mm) und mit höch­stens 30% Steinen von über 63 mm Korngröße bis zu 0,01 rn" Rauminhalt *).

Organische Bodenarten mit geringem Wassergehalt (z, B. feste Torfe).

Klasse 4: Mittelschwer lösbare BodenartenGemische von Sand, Kies, Schluff und Ton mit mehr als 15% der Korngröße kleiner als0,06 mm.Bindige Bodenarten von leichter bis mittlerer Plastizität, die je nach Wassergehaltweich bis halbfest sind und die höchstens 30% Steine von über 63 mm Korngröße biszu 0,01 rn" Rauminhalt *) enthalten.

Klasse 5: Schwer lösbare BodenartenBodenarten nach den Klassen 3 und 4, jedoch mit mehr als 30% Steinen vonüber 63 mm Korngröße bis zu 0,01 rn" Rauminhalt *).Nichtbindige und bindige Bodenarten mit höchstens 30% Steinen von über 0,01 rn"bis 0,1 rn" Rauminhalt *).Ausgeprägt plastische Tone, die je nach Wassergehalt weich bis halbfest sind.

Klasse 6: Leicht lösbarer Fels und vergleichbare BodenartenFelsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt haben, jedochstark klüftig, brüchig, bröckelig, schiefrig, weich oder verwittert sind, sowie vergleich­bare feste oder verfestigte bindige oder nichtbindige Bodenarten (z.B. durch Aus­trocknung, Gefrieren, chemische Bindungen).Nichtbindige und bindige Bodenarten mit mehr als 30% Steinen von über 0,01 rn"bis 0,1 rn" Rauminhalt*).

Klasse 7: Schwer lösbarer FelsFelsarten, die einen inneren, mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hohe Ge­fügefestigkeit haben und die nur wenig klüftig oder verwittert sind.Festgelagerter, unverwitterter Tonschiefer, Nagelfluhschichten, Schlackenhalden derHüttenwerke und dergleichen.Steine von über 0,1 m3 Rauminhalt *).

*) 0,01 m 3 Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von ~ 0,30 m.

0,1 m" Rauminhalt entspricht einer Kugel mit einem Durchmesser von ~ 0,60 m.

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2.3.7 Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Böden

Klassifikation der Frostempfindlichkeit von Bodengruppen(ZTVE-StB 94 Fassung 1997, S. 132, Tab. 1):

FI

F2

F3

Frostcmpfindlichk eil

nicht frostempfindlieb

gering bis mittelfroslempfindlich

sehr froslempfindlich

Dodengruppcn (DIN 18196)

GW,GI,GESW, sr, SE

TAOT, Oll, OK

ST, GT J')SU, GU

TL,TMUL, UM, UAOUST',GT',SU', GU'

Anmerkung:

I) zu F 1 gehörig bei einem Anteil an Korn unter 0,063 nun von

5,0 Gcw .•% bei U 2: 15,D oder 15,0 Gew.·% bei U:s 6,D.

IIIl Bereich 6,0 < U < 15,0 kannder für eine Zuordnungzu F 1 zulässige Anteil anKorn unter 0)06) nun linear interpoliert werden (s. Bild].

Anleil d <O,05JrnmIGew.'/,1 5" GI'

SU' GU' r )15 .f-:----r-r-r.,-".- - - - - - - - - --

Beurteilung der Frostempfindlichkeit nach Schaible

Ton!.700 . r idn

01'0

feinSond

Im/fiel

Iorob fein

Kiesmilld

II

. plerorDb nc 0

I! 20 mm 00

Technische Universität Darmstadt • Institut für Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen1\11 trvrvrv oV"TIL.VVV

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

2.4 Proctorversuch (nach DIN 18127)

Seite 2.4-1

Bei bindigen Böden ist die Verdichtungsfähigkeit sehr stark vom Wassergehalt desBodens abhängig. Als Bezugswert zur Beurteilung der erreichbaren oder erreichtenLagerungsdichte (Verdichtung) dient die Proctordichte (PPr)' die in einem genorm­ten Verdichtungsversuch, dem Proctorversuch, zusammen mit dem für die Verdich­tung günstigsten Wassergehalt ermittelt wird.

Die Auftragung und Auswertung erfolgt in Form einer Proctorkurve

Die Trockendichte Pd' die dem höchsten Punkt der. Kurve entspricht, ist die Proc­tordichte PPr' der zugehörige Wassergehalt der optimale Wassergehalt wPr,

Die auf der Baustelle erzielte Verdichtung wird zahlenmäßig durch den

Verclichtungsgrad DPr =PPr

ausgedrüc kt.

Proctor - Kurve

"00-

J!!x:u-0C<U

-'"Uot-

Wosscrgcholl w

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.4 - 2

Sättigungslinie:

Die Sättigungslinie liefert die Beziehung zwischen der Trockendichte Pd und dem Wassergehalt w

für die jeweilige Sättigungszahl.

Ps

1 w· Ps+---Sr'Pw

Geräte

Form C

Fallgewicht (Stahl)

Form A

Führungs-

r! I , / st ange

/ Form B

I, rJ>16

.c: 'Aufschlag- "l

I, stück (St ahl) ! 1rJ>16

mit Feder. I

I

: ~ Versuchszylinder-1'I

~I

~ __ Aufsatzring

I- - -L,

IIIIr{----

/Grundplat t e

CIE~=s===I=Z:Q2J

Versuchszylinder mit Aufsatzring und Grundplatte Handbetätigtes Verdichtungsgerät

Bestimmung der Proctordichte QPr

Maße des Versuchszylinders Maße und FaJlgewicht des

IVersuchsbedingungen

nach Bild 1 Verdichtungsgerätes nach Bild 2

IFall-

IAnzahl der

IAnzahl

d, h, a S, Form dz hz ') gewicht m ') Schläge derkg je Schicht Schichten

100 I 120 :?: 7,5 11 A 50 300 I 2,5 25 I 3

150 125 :?: 9,0 14 B 7S 450 4,5 22 I 3

250 200 :?: 14,0 20 C 125 600 15,0 22 I 3

I) Grenzabweichungen : ± 0,004 . h: bzw. ± 0,004 ' In

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.4·3

0,300.250,20

<,

V-------~-- - _verbesserter Proctor- Versuch _

0,150,10

1,50

1,25

"0 1,75 I------t-------"'-{:-------j------jCL

"s:u

Abhängigkeit derProetor - Kurven vonder Yerdichtungsenergie

t

w_

t2,20

2,10~I

I-- weilgestufter ,schwa eh toniger Sand

2,00 f----+---___j_---j-----j-----j---i

0,300,25

anorganischer,nichT plast ischerSchluff ---j

~

0,15 0,20

l/hcx::hpla~l ische0../ Ton

0,10

./ 1"-magerer Ton I

0,05

enggestufter .-lSand· 1""'- 7'" I

/

o

I,GO

1,SO

1,90 ~---+--7""~:::~-..J---+_--_j----12'~-5 1,80-0c"-i':j 1,70

E?I-

Abhängigkeit derProdor - Kurven vonder Bodena rt

w --

Sr = 1,0Sr = 0,9Sr = 0.8

0,)')0.25

'~ r-~ ---1---

0,200.150,100,05

1.75

1,50

1,25

E 2,25

~..cu

-acu~uoI-

CE 2,00

I 2, 50 f-~-_j_---+_---+---I---___j_---j

Proetor- Kurve mitSättigungslinien fürSr = 0,8 ; 0,9 ; 1,0

w_

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.5·1

2.5 Wasseraufnahmevermögen

Als Wasseraufnahmevermögen 0VmaJ bezeichnet man die Eigenschaften desgetrockneten Bodens, kapillar Wasser anzusaugen und zu. halten. Es ist abhängigvon der Plastizität eines Bodens bzw. der Art der Tonminerale. Die Angabe derangesaugten Wasserrnenge wird auf die Trockenmasse bezogen und als Wasser­bindevermögen (Wb) bezeichnet.

= Wrnax [g] . 100 [Trockengewichts-%]G t [g]

1 Verbindungsrohr.Z Meflpipette 1cm3 oder Zcm3

für wb .> 100%3 Trichter mit Glasfilterplatte

Porosität G2EinfülltrichterVerdunstungsschutz für t > 30min3

/YI"(j!/ 114 .

5ebY~I;' 4

! ,J. 5

'(-1: r::="'<::::==~===­, .

Wasseraufnahmegerät nach ENSLlN-NEFF

O. I 2 J 4 S 5 7 tIZeH i;

9 10 11 TZ min 14

Co-ße/l/onll

I:oollnOuarune!J/

Zellt (min.)

Ermittlung der WasscraufnahmefiihigkeitAbhängigkeit der Wasscnufnahmef:ihigkeil vom

Tongehalt und von der Art der Tonminerale

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

2.6 Bestimmung des Kalkgehaltes von Böden

Seite 2.6 - 1

2.6.1 Kalkgehaltsbestimmung nach DIN 18129

Der Kalkgehalt eines Boden$ ist der durch gasometrischeKohlendioxidbestimmung ermi ttel te Massenanteil anGesamtkarbonaten mca bezogen auf die Trockenmasse rod desBodens.

m CaV,c ==--

a md

4

~

3 -~

2 -1 offener Zylinder2 Wasserspiegel bei Versuchsende3 Wasserspiegel bei Versuchsbeginn4 atmosphärischer Druck5 Meßskale6 . Meßzylinder7 Gummiblase8 Reagenzglas mit Salzsäure9 Bodenprobe

10 Gasentwicklungsgefäß11 Aufnahmegefäß12 Vorratsflasche13 Pumpe (Gummiball)14, 15, 16 Absperrhähne

Gasometer, schematische Versuchsanordnung nach DIN 18129

2.6.2 Näherungsweise Bestimmung des Kalkgehaltes imFeldversuch nach DIN 4022

Die üb~rschlägige Ermittlung des Kalkgehaltes erfolg~ mitverdünnter Salzsäure (Wasser zu Salzsäure 3:1)

Faustregel für den Feldversuch (nach DIN 4022)

kalkfrei

kalkhaltig

stark kalkhaltig

kein Aufbrausen (~ 1%)

schwaches bis deutliches Aufbrausen,nicht anhaltendes Aufbrausen

starkes, anhaltendes Aufbrausen (~ 5%)

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.7 - 1

2.7 Bestimmung von organischen Beimengungen in Böden nach DIN 18 128

Der Anteil organischer Beimengungen im Boden wird überdie Bestimmung des Massenverlustes durch Glühen desBodens bei 550 0 im Muffelofen nach DIN 18128 bestimmt.

Der Glühverlust Vg 1 eines Bodens ist der auf dieTrockenmasse md bezogene Massenverlust .6mglf den der Bodenbeim Glühen erleidet:

Hierin bedeuten:

md Trockenmasse des Bodens vor dem Glühenmg 1 Masse des Bodens nach dem Glühen

Bei Auftreten organischer Beimengungen werden nach DIN1054 (2.1.1.3), nichtbindige Böden ab 3% und bindigeBöden ab 5% als organische Böden bezeichnet. Aborganischen Beimengungen > 20% handelt es sich umhochorganische Böden, die für Gründungszwecke ungeeignetsind.

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BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.8·1

2.8 Literatur

siehe Kapitel 1.5

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