Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn-...
-
Upload
lotte-bogel -
Category
Documents
-
view
108 -
download
0
Transcript of Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn-...
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Verwitterung
Definition: Zerteilung und Zersetzung des Gesteins infolge physikalischer (mechanischer) oder chemischer Einflüsse.
Abhängig vom Klima (Temperaturen, Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit) und den auf das Gestein wirkenden Agenzien (Sauerstoff, Gase, Säuren, Wasser)
Physikalische Verwitterung:
Frostsprengung: Volumenzunahme durch Gefrieren bis zu 9% bei voller Wassersättigung
Temperaturverwitterung: infolge Spannungen durch unterschiedliche
Aufheizung und Ausdehnung der Materialien bei Sonneneinstrahlung
Salzverwitterung: Kristallisation von Salzen erzeugt hohen Kristallisationsdruck, da enorme Volumenzunahme
physikalisch-biologische Verwitterung: Wurzeldruck
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Verwitterung
Chemische Verwitterung:
Lösungsverwitterung: Lösung der Mineralien durch Wasser (z.B. Salz)
Kohlensäureverwitterung: CO2 in Wasser zu Kohlensäure gelöst, die
das Gestein angreift
Rauchgasverwitterung: anthropogen durch Verbrennung fossiler Ener- gieträger erzeugten Rauchgase z.B. Schwefeldioxid und Stickoxide, die mit Wasser aggressive Säuren bilden
Oxidationsverwitterung: Zersetzung von Mineralien unter Luftsauer-
stoff (besonders eisen- und schwefelhaltiges Gestein)
hydrolytische Verwitterung: Aufnahme von Wasser in das Kristall- gitter, wodurch andere Ionen abgesprengt werden (Silikatverwitterung)
chemisch-biologische Verwitterung: Huminsäuren zerstören das Gesteingefüge
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Quellen
Definition: Volumenzunahme infolge chemischer Umwandlung bei Wasserzutritt
oder Anlagerung von Wasser an bestimmte Materialien.
● spannungsabhängig
● Entlastung und dadurch Abnahme von Festigkeit und Steifigkeit des Gesteins bei gleichzeitigem Zerfall.
Chemische Umwandlung
Beispiel: Anhydrit Gips
CaSO4 + 2 H2O CaSO4 • 2 H2O
Stabilität der Verbindungen abhängig von Temperatur, verfügbarem Wasser und Druck
Der auskristallisierte Gips besitzt ein um 61% größeres Volumen als Anhydrit
allerdings: Anhydrit und Wasser getrennt haben ein um 11% größeres Volumen als Gips!
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Quellen
also: - in einem abgeschlossenen Volumen mit Anhydrit und Wasser in ausreichender Menge findet die Umwandlung in Gips zwar statt, das eingenommene Volumen wird aber kleiner.
- in einem offenen System, das zunächst nur aus Anhydrit besteht, kommt es bei Wasserzutritt durch Klüfte, Risse etc. zur Umwandlung in Gips bei Volumenzunahme nur dann Quellen!
• Umwandlung findet eher statt, wenn Anhydrit im Gestein fein verteilt ist, je massiger und kompakter es vorliegt, desto länger dauert sie.
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Quellen
Quellen von Tonmineralen
Tonminerale besitzen eine Blättchenstruktur (geschichtete Moleküle). Wasser dringt in diese Struktur ein und lagert sich zwischen den Schichten an. Dadurch erhöht sich der Abstand der Blättchen. (Silikat-Schichtpakete)
Volumenzunahme 10 – 15%
Zerfall
Insbesondere bei gleichzeitiger Entlastung des Gesteins öffnen sich während des Quellvorgangs nach und nach die Schichtfugen und Klüfte: Zerfall beginnt
Die Steifigkeit und Festigkeit des Felskörpers verringert sich. Daraus resultieren weitere Verformungen, die wiederum zu einer weiteren Entlastung führen, d.h. der Fels entzieht sich der Belastung.
Dadurch wird Quellen begünstigt: progressiver Verlauf
Allerdings: Bei einer ausreichend hohen Druckspannung (je nach Gesteinsart) tritt kein Quellen auf
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Quellen
Hb
Ha
Durch Zerfall des Gesteins aufgelockertes Gebirge
Firste
Sohle
Quellen ist besonders problematisch im Hohlraumbau ( Entlastung):
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Bearbeitbarkeit
Qualitative Kriterien zur Wahl von Arbeitsweisen und Geräteeinsatz, Einschätzung der Kosten. Einordnung oft nicht eindeutig, d. h. Vergleichbarkeit problematisch.
Nachbrüchigkeit: Mangelnder Gesteinszusammenhalt im Gebirge; vereinzelte Ablösungen an Wänden, Ulme oder Firste, ohne dass die Standsicherheit verloren geht.
Besonders bei starken Zerklüftungen mit ungünstiger Kluft- stellung und hohem Durchtrennungsgrad
Druckhaftigkeit: Gebirge besitzt einen unzureichenden Formänderungswider- stand, steht unter Druck (Gebirgsdruck Bruchfließen). Gebirge drückt aktiv gegen Ausbau/Sicherung
Gewinnungsfestigkeit: Arbeitsaufwand zum Lösen (und Laden) von Fels. Man un- terscheidet z.B. Hackfels, leichten oder schweren Spreng- fels, baggerfähigen Fels. Abhängig von Frische, Entfes- tigung, Art und Grad der Zerklüftung des Felses.
Erweichbarkeit: Gefahr des Festigkeitsverlustes bei Wasseraufnahme ( Quellen)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Maßhaltigkeit: Grad der Genauigkeit eines hergestellten Profils von der Sollform in Abhängigkeit von dem
anstehenden Fels, der Arbeitsweise und dem eingesetzten Gerät
Gut maßhaltig: weiches, zähes Gestein, kluftarm oder kleinklüftig
Schlecht maßhaltig: grobklüftiges, straff geregeltes Gefüge, hohe Durchtrennung und Gesteinshärte
Bohrbarkeit: Eignung des Felses für Bohrungen; abhängig vom Bohr- durchmesser im Vergleich zum Kluftabstand
(bei zu engem Abstand Verklemmungen möglich), Härte und Zähigkeit des Gesteins
Wetterbeständigkeit: Auch Frostfestigkeit; charakterisiert Verwitterungsanfällig- keit des Gesteins
(Zerklüftung, Schichtung, Schieferung Tiefenverwitterung)
Schießbarkeit: Widerstand gegenüber Fräsen und Schrämen (Schlitzher- stellung)
Schneidbarkeit: Widerstand gegen Schneiden, z.B. Hochdruckwasserstrahl
Bearbeitbarkeit
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Allgemeines Talsperrenbau: Abdichtung, Drainage des Felsuntergrunds; Strömungsdruck/ Wasserdruck auf Staumauer
Hohlraumbau: Wassereinbrüche, unterhalb des Wasserspiegels kann der Tunnel als Drainage wirken
Böschung: Reduzierung der Standsicherheit
Bergwasser: Kluft-/ Spaltwasser Haftwasser (in tonigen Kluftfüllungen)
Bergfeuchte (in Gesteinsporen)
Durchlässigkeit des Gesteins vernachlässigbar gering
Annahme einer stationären Sickerströmung
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Begriffe Wasseraufnahmefähigkeit: abhängig vom Volumen der Klufträume (abzüglich Füllung aus fester Gesteinssubstanz); tatsächliche Wasseraufnahme abhängig von Zu- und Abfuhr von Wasser (Niederschläge, Schneeschmelze, Ver-sickerungsleistung)
Durchlässigkeit: abhängig vom räumlichen Kluftflächenanteil, freien Kluft- öffnungen, Durchtrennungsgrad der Klüfte, Rauhigkeit der Trennflächen
Anmerkungen:
- Störungen sind je nach Art der Füllung Wasserbringer oder Wasserstauer
- Durchlässigkeit ist zeitlich veränderlich:
In auslaugbaren bzw. ausräumbaren Gebirgsarten wird sie größer (Gips, Anhydrit), während feinklüftiges, nicht auslaugbares bzw. nicht ausräumbares Gebirge zur Selbstdichtung neigt (gut geeignet für Injektionen)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Wasserwegigkeit: gerichtete Durchlässigkeit (Anisotropie); abhängig von Orientierung und Beschaffenheit der Trennflächen; bevor- zugte Wege sind Schichtklüfte und Verschneidungslinien von Trennflächen; in wasserlöslichen Gesteinen (Gips, Anhydrit, Kalk) können sich Karströhren ausbilden
Kluft- und Porenwasserdruck: abhängig vom hydraulischen Gradienten
a) Wasseraufnahme und Durchlässigkeit groß:
Flaches Druckliniengefälle, flacher, wenig schwankender Bergwasserspiegel; wegen hoher Durchlässigkeit heftiger, bald abklingender Wassereinbruch in Hohlraum
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
b) Wasseraufnahme groß und Durchlässigkeit klein:
Steiles Druckliniengefälle, daher hoher Strömungsdruck, wenig schwankender Wasserspiegel; wegen geringer Durchlässigkeit langer aber weniger heftiger Wassereinbruch im Hohlraum
c) Wasseraufnahme klein und Durchlässigkeit groß
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
d) Wasseraufnahme und Durchlässigkeit klein: Wegen geringen Wasserangebots schwankt der Wasserspiegel stark, Quellen setzen nach kurzer Zeit aus, daher weniger gefährlich
Porenwasserdruck der häufig bindigen Trennflächenfüllung wird sich bei statio-närer Strömung dem Kluftwasserdruck anpassen. Bei starken Schwankungen entstehen jedoch Porenwasserüberdrücke und –unterdrücke.
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Modell für die Trennflächenströmung
zweidimensionale, laminare Sickerströmung im offenen Spalt
Geschwindigkeit senkrecht zu den Trennflächen ist gleich Null Geschwindigkeit bleibt über die Zeit konstant Parabolische Geschwindigkeitsverteilung im Spalt (laminar):
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Navier-Stokesche Gleichung für zähe Flüssigkeiten und Kontinuitätsbedingung liefern die Laplacesche DGL zur Beschreibung der Strömung in der Trennflächenebene x´- y´:
w
uzh:Potential0
y
h
x
h2
2
2
2
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
zweidimensionale Sickerströmung in gefüllten Trennflächen
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Bei isotroper Füllung Durchlässigkeitsbeiwert kf
Gesetz von Darcy und Kontinuitätsbedingung liefern die Laplacesche DGL zur Beschreibung der Strömung in der Füllung der Trennflächenebene x´-y´:
w
uzh:Potential0
y
h
x
h2
2
2
2
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
turbulente Strömungen und Reibungsverluste bei unebenen Kluftflächen werden näherungsweise über die eindimensionale Spaltströmung erfaßt:
Turbulenz und Rauhigkeit verursachen nichtparallele Strömungen, Verwirbelungen und dadurch reduzierte Fließgeschwindigkeiten.
Durchlässigkeit
ih a4UF
4D ih a4
kDk
032,0
Dk
h
032,0Dk
h
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Solange Strömung laminar (Re 2300), spielt aufgrund der parabolischen Geschwindigkeitsverteilung (am Rand v 0) die Wandrauhigkeit keine Rolle (Wand ist hydraulisch glatt), allerdings solange Rauhigkeit nicht zu extrem:
Durchlässigkeit
032,0
D
k
h
turbulent laminar
Strömung in Fließkanälen, z.B. entlang von Verschneidungslinien kann durch die Rohrströmung beschrieben werden.
Widerstandsgesetz von Poiseuille:
(hydraulisch glatte Wände und laminare Strömung)
mittlere Geschwindigkeit:
Fazit:
In Trennflächen herrscht i.d.R. laminares Fließen, da nur relativ geringe hydrauli-sche Gradienten vorliegen (i 1), erst ab nennenswerter Öffnungsweite kann
Turbulenz vorliegen; in Fließkanälen ist das Fließverhalten jedoch sehr häufig
turbulent.
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Durchlässigkeit
Re
64
xh
r232g
v 2
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach dem Verwitterungsgrad
Code Bezeichnung
Merkmal Gestein Merkmal Gebirge
VU unverwittert
Unverwittert, frisch kein Verwitterungseinfluß erkennbar
keine Verwitterungsbe-dingte Auflockerung an Trennflächen
VA angewittert Auf frischer Bruchfläche Verwitterung von einzelnen Mineralkörpern erkennbar, beginnende Mineralumbildung und –verfärbung
Teilweise Auflockerung an Trennflächen
VE entfestigt Durch Verwitterungsvorgänge gelockertes, jedoch noch im Verband befindliches Mineralgefüge, meist in Verbindung mit Mineralum-bildung, insbesondere an Trennflächen
Vollständige Auf-lockerung an Trenn-flächen
VZ zersetzt Noch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineral-neubildung verändertes Gestein ohne Festgesteinsei-genschaft ( Lockergestein)
Kluftkörper ohne Fest-gesteinseigenschaften
[Merkbl. über Felsgruppenbeschreibung für bautechn. Zwecke im Straßenbau]
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach dem Verwitterungsgrad
[nach L. Müller]
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Veränderlichkeit
Zerfallsversuch nach DIN 4022:
Zerfallsgeschwindigkeit einer ca. 24h in Wasser gelegten Probe als Maß für die Veränderlichkeit.
stark veränderlich
Probe ganz zerfallen, breiförmig
veränderlich Probe zerfallen, aber noch Einzelkörper
mäßig veränderlich
Oberfläche der Probe aufgeweicht und Teile abgebröckelt
nicht veränderlich
keine Veränderungen
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Lösbarkeit
Nach DIN 18300 (VOB Teil C; ZTVE-StB)
Für die Arbeitsvorgänge Lösen, Laden, Fördern, Einbauen, Verdichten:
Klasse 6: leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Mineralischer Zusammenhalt, weiche Gesteinsfestigkeit, stark
zer- klüftetes, brüchiges, bröckliges, schiefriges
Trennflächengefüge, verwittert
Klasse 7: schwer lösbarer Fels Mineralischer Zusammenhalt, hohe Gefügefestigkeit, wenig
klüftig, wenig verwittert
Klassifizierung unabhängig vom eingesetzten Gerät
Maßgebend ist der Zustand während des Lösens
Einstufung nur anhand qualitativer Merkmale (problematisch)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Lösbarkeit
Bei der Einstufung in die Klassen 6 und 7 sind folgende Punkte zu beachten:
Gesteinsfestigkeit
weich: geringe Festigkeit, witterungsempfindlich, d.h. Zerbrechen unter mechanischer Beanspruchung durch eingesetzte Geräte oder Zerfall in wasserempfindliche Bodenart bei Verwitterung (z.B. Schiefergesteine, Mergel, Kalk, Sandstein, Tonstein)
fest: hohe Festigkeit, wenig oder gar nicht witterungsempfindlich, Korngröße und Kornform bleibt bei mechanischer
Bean- spruchung praktisch unverändert (z.B. Granit, Basalt, Gneis)
● Verwitterungszustand (siehe Klassifizierung oben)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Lösbarkeit
Kluftkörperform
[nach F. Karl ]
Form der
Kluftkörper
Kluftabstandd [cm]
< 1 : 5 1 : 2 bis 1 : 5 ∼ 1 : 1 2 : 1 bis 5 : 1 > 5 : 1
dmax > 100 großsäulig großblockig großwürfeligquadrig-bankig
großplattig
100 > dmax > 10
kleinsäulig kleinblockig kleinwürfelig kleintäfelig schiefrig
dmax < 10 stängelig-faserig
kubisch-ruschelig
kubisch-ruschelig
splitterigblätterig-
kleinschuppig
3
2
3
1
dd
;dd
Verhältnis
Einordnung in die Klassen 6 und 7 (nach Kommentar zur ZTVE-StB):
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Lösbarkeit
Merkmal Klasse 6 Klasse 7
Verwitterungsgradentfestigtzersetzt
unverwittert (frisch)angewittert
Einfallrichtung der Trennflächen
söhlig, flachgeneigtsteil
söhlig, flachgeneigtsteil
Abstand der Trennflächeneng / dicht< 1,0 m
weit> 1,0 m
Raumteilesäuligplattig-schiefrig
blockigwürfeligquadrig-bankig
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Lösbarkeit
Praktische Einschätzung:
Klasse 6: Baggerlöffel füllt sich durch einmaliges Eingreifen in das Gestein vollständig.
Klasse 7: Gestein muss vorher erst durch Vorlockern gestückelt werden, damit
sich der Baggerlöffel bei einmaligem Eingreifen vollständig füllt.
Fazit:
Die qualitativen Kriterien müssen in ihrer Gesamtheit betrachtet werden, nicht einzeln, da dies zu Fehleinschätzungen führen kann. Trotzdem ist die Einstufung manchmal nicht eindeutig möglich, so dass hier Erfahrung gefragt ist.
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Klassifizierung nach Lauffer
Stützweite l < Querschnittsbreite b: l* = lStützweite l > Querschnittsbreite b: l* = b
Bereich zwischen den Kurven markiert typische Wertepaare für den Stollenbau (Erfahrungswerte)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Klassifizierung nach Pacher, Rabczewicz und Golser
Schema der Gebirgsklassifi-zierung nach RABCZEWICZ-PACHER
I II III IV V
standfest bis gering nachbrüchig
stark nachbrüchig
gebräch bis sehr gebräch
druckhafta
stark druckhaft
brollig
Beschaffenheit
Massig ent-wickelt, ange-klüftet bis mäßig geklüftet
Stärkere Zerle-gung, infolge Schichtung u. Klüftung verein-zelt tonige Kluft-füllungen und schiefrige Zwischenlagen
Starke Zerle-gung, infolge Klüftung in mehrere Rich-tungen Mürb-zonen u. tonige Kluftfüllungen
Stark durchbe-wegt gefaltet und zerschiefert Störungsbündel gut verfestigtes, kohäsives Lockergestein
Völlig durch-geknetet u. my-lonitisiert zer-brochen, nicht verfestigtes, leicht kohäsives Lockergestein
Rolliges ungebundenes Lockergestein
Verhalten Einachsige Gebirgsdruckfestigkeit gd > als Tangentialspannung t, dauerndes Gleichgewicht vorhan-den bzw. sichergestellt durch
Die Grenze der Gebirgslessig-keit am Umfang wird überschrit-ten. Stützung bzw. Herstel-lung eines sohl-offenen oder geschlossenen Tragringes er-forderlich
Gebirgsfestigkeit durch Tangential-spannungen überschritten. Das sich plastisch verhaltende Material drängt gegen den Hohlraum
wie V aÖrtliche Maß-nahmen (vgl. Fig.) Achtung auf Bergschlag-erscheinungen!
Verstärkung des Gebirgs-tragringes in der Kalotte (vgl. Fig.)
mäßig intensiv
Seitendruck und Sohlhebungen, Bewegungen werden durch ge-schlossenen Stützring aufgefangen
Bergwasser-einfluss:
Keiner unbedeutendVorwiegend auf Kluftfüllungen
deutlichUnter Um-ständen stark (erweichbar)
Schema der Gebirgsklassifi-zierung nach RABCZEWITZ-PACHER
I II III IV V
standfest bis gering nachbrüchig
stark nachbrüchig
gebräch bis sehr gebräch
druckhaft astark druckhaft
brollig
Ausbruch in Teilquer-schnitten mit Sicherungs- maßnahmen
Ausbruch: im Vollprofil
Sicherung:
im Vollprofil
System-ankerung in Firste
Karlotte und Strosse
Sohloffener Tragring in Firste und Ulmen
In Teilquer- schnitten I – IV
Geschlossener Stützring
In Teilquerschnitten I bis VI
Geschlossener Stützring
Funktion der Sicherungs- u. Stützmaßnah-men u. deren zeitliche Durch-führung
Sicherung örtl.Schwäche-stellen u.U. “Bergschlag-sicherung“
Sicherung aus-gedehnt auf Kalotte, u.U. Versiegelung der Ulmen
Versiegelungen der Ober-flächen gegen Ablösungen, Herstellen eines Gebirgs-tragringes
Maßnahmen dienen der Sicherung der Zwischenbaustadien, der Be-schränkung von Bewegungen u. dem Herstellen eines geschlos-senen Gebirgstragringes bzw. der tragenden Funktion des Gebirges. Sofortsicherung jeden Teilquer-schnittes mit Ringverschluß in vor-gegebener Zeit
wie V aOhne zeitl. Beschränkung für den Großteil der Stützmaßnahmen
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Klassifizierung nach Rock Quality Designation (RQD)
Durchführung von Kernbohrungen und Auszählung der Bohrkerne, die länger als 10 cm sind:
0 – 25 % Sehr schlechte Gebirgsqualität (very poor ground)
25 – 50 % Schlechte Gebirgsqualität (poor ground)
50 – 75 % Mittlere Gebirgsqualität (fairly good ground)
75 – 90 % Gute Gebirgsqualität (good ground)
90 – 100 % Sehr gute Gebirgsqualität (very good ground)
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Klassifizierung nach Rock Mass Classes and their Ratings (RMR)
Parameter Wertebereich
Ge-steins-festig-keit
Punktlastindex ISRM (1972)
> 8 MN/m2 4-3 MN/m2 2-4 MN/m2 1-2 MN/m2
Für diesen niedrigen Bereich wird der einachsige Druckversuch vorgezogen
Einaxiale Druckfestigkeit
200MN/m2 100-200 MN/m2
50-100 MN/m2
25-50 MN/m2
10-253-101-3
MN/m2
l1 15 12 7 4 2 1 0
RQD-Wert (Deere, 1963)
90-100 % 75-90 % 50-75 % 25-50 % < 25 %
l2 20 17 13 8 3
Kluftabstand > 3 m 1-3 m 0,3-1 m 50-300
mm< 50 mm
l3 30 25 20 10 5
Zustand der Klüfte
Sehr rauhe Oberfläche nicht durch-gehend, kei-ne Kluftöff-nung
Leicht rauhe Oberfläche, harte Kluft-wandung, Kluftöffnung < 1 mm
Leicht rau-he Ober-fläche, wei-che Kluft-wandung, Kluftöff- nung 1 mm
Glatte Ober-fläche, Kluft-öffnung 1-5 mm, Kluftfül-lung durch-gehende Klüfte
Weiche Kluftfüllung Kluftöffnung > 5 mm, Durchge-hende Klüfte
l4 25 20 12 6 0
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Parameter Wertebereich
Ge-birgs-was-ser
Zufluß auf 10 m Tunnellänge kein
Zulauf
oder
0
oder
vollständig trocken
< 25
l/min
oder
0,0-0,2
oder
feucht
25-125
l/min
oder
0,0-0,5
oderWasser unter
niedrigem Druck
>125 l/min
oder
>0,5
oderschwierige
Gebirgswas-serprobleme
Kluftwasserdruck größte Hauptspannung
Allgemeine Verhältnisse
l5 10 7 4 0
Streich- und Fallrichtung der Klüfte
sehr günstig
günstigmäßig günstig
ungünstigsehr
ungünstig
l6
Tunnel 0 -2 -5 -10 -12
Gründung 0 -2 -7 -15 -25
Böschung 0 -5 -25 -50 -60
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Streichen normal zur TunnelachseStreichen parallel zur Tunnelachse
FallwinkelFallen in
VortriebsrichtungFallen gegen
Vortriebsrichtung
: 45°-90°
: 20°-45° : 45°-90° : 20°-45° : 45°-90°
: 20°-45°
: 0°-20°
sehr günstig günstig
mäßig günstig ungünstig
sehr ungünsti
g
mäßig günstig ungünstig
li = l1+...+l6
81 –100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 < 20
Klasse I II III IV V
Beschreibung
sehr guter Fels
guter Felsmäßig guter
Felsschlechter
Felssehr schlech-
ter Fels
Durchschnitt-liche Standzeit
10 Jahre bei 5 m
Spannweite
6 Monate bei 4 m
Spannweite
1 Woche bei 3 m
Spannweite
5 Stunden bei 1,5 m
Spannweite
10 Minuten bei 0,5 m
Spannweite
Kohäsion der Felsmassen
> 0,3 MN/m2 0,2-0,3 MN/m2
0,15-0,2 MN/m2
0,1-0,15 MN/m2 0,1 MN/m2
Reibungswin-kel
>45° 40 – 45° 35 – 40° 30 – 35° 30°
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Ausbruchklassen nach DIN-STLB 007
Kalkulationsgrundlage speziell für den Untertagebau, da Berücksichtigung des Sicherungsaufwands
Ausbruchklasse 1: Ausbruch, der keine Sicherung des Gebirges erfordert.
Ausbruchklasse 2: Ausbruch, der eine Sicherung erfordert. Die Sicherung kann in Abstimmung mit dem Bauvorhaben so eingebaut werden, dass die Ausbrucharbeiten hierdurch nicht behindert werden.
Ausbruchklasse 3: Ausbruch, der dadurch behindert wird, daß eine Sicherung in geringem Abstand erforderlich ist, oder bei Einsatz von Vollschnittmaschinen Nachfall im Maschinenbereich eintritt, der von Hand entfernt werden muß.
Ausbruchklasse 4: Ausbruch, der eine Sicherung unmittelbar nach dem Freilegen des Gebirges und/oder beim Maschinenvortrieb besondere Maßnahmen zur Verspannung erfordert.
Ausbruchklasse 5: Ausbruch, der eine Sicherung unmittelbar nach dem Freilegen des Gebirges und besondere Arbeitsweisen erfordert (z.B. Einschränkungen und Sonderverfahren bei der Sprengarbeit, Begrenzung der Schräm- und Frästiefen bzw. Einstellung der Auffahrung mit Vollschnittmaschinen).
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Klassifizierung nach der Standfestigkeit
Ausbruchklasse 6: Ausbruch, der eine Unterteilung des Ausbruchquerschnittes erfordert, die nicht durch betriebliche Gründe bedingt ist. Sicherungen und Arbeitsweisen in den Teilquerschnitten können unterschiedlich sein.
Ausbruchklasse 7: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine unmittelbare Sicherung und zusätzliche eine Sicherung der Ortsbrust erfordert.
Ausbruchklasse 8: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine voreilende Sicherung erfordert
Ausbruchklasse 9: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine voreilende Sicherung und zusätzlich eine Sicherung der Ortsbrust erfordert.
Ausbruchklasse 10: Ausbruch, der die Anwendung von Sonderverfahren erfordert (z.B. Druckluftbetrieb, Gefrieren, Injektionen).Beachte:
Klassifizierung nach der Standfestigkeit grundsätzlich problematisch, da die örtlichen Gegebenheiten das Ergebnis stark beeinflussen
Standfestigkeit im hier definierten Sinn ist die Fähigkeit des Gebirges, für eine bestimmte Zeit nicht in einen Hohlraum einzubrechen, nicht die statische Standfestigkeit
Inhalt
Allgemeines
Beschreibung von Fels
Mechanisches Verhalten von Fels
Raumstellung von Trenn- flächen
Weitere Eigen- schaften von Fels
Klassifizierung von Fels
Baugrund- erkundung
Felsmecha- nische Versuche
Baugrunderkundung
Geologische Karten
Geologische Karte, Maßstab 1 : 25.000
Morphologie, geologische Entstehungsgeschichte, Schichtenfolge, Mächtigkeit, Bohrkarten, Hydrogeologie (Grundwassergleichen, Flurabstand)
Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden die weiteren Erkundungen geplant
Oberflächenaufschlüsse
An vorhandenen natürlichen oder künstlichen Böschungen, Einschnitten, Steinbrüchen werden aufgenommen:
Gesteinsarten, Schichtgrenzen Verwitterungszustand Raumstellung der Trennflächen Lage und Länge der Ausbisse von Trennflächen Öffnungsweite von Trennflächen Füllungen, Bestege Lage, Abmessung und Beschaffenheit von Störungen Lage von Wasseraustritten