[SKRIPT] Arslan (Darmstadt)_Bodenmechanik Und Felsmechanik [2010]

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  • Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodsie

    Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

    Prof. Dr.-Ing. Ulvi Arslan

    Petersenstrae 12 64287 Darmstadt

    Tel. +49 6151 16 - 2537 Fax +49 6151 16 - 2338 [email protected] www.iwmb.tu-darmstadt.de

    Datum 6. April 2010

    Unser Zeichen A/An/Hh/Me L41

    BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK

    Studienunterlagen

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK Seite 01Inhaltsbersicht

    Inhaltsbersicht

    l. Einfhrung2. Bodenphysik

    3. Spannungen im Boden

    4. Grundwasserstrmung

    5. Werkstoffeigenschaften von Boden und Fels

    6. Druckverteilung im Boden

    7. Verformungen des Baugrundes

    8. Grenzzustnde im Boden

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis

    1. Einfhrung

    Seite 0 - 2

    Seite:

    1.1 Begriffe, Formeln, Zeichen nach DIN 1080, Teil 6 (1980) 1.1-11.2 Verzeichnis der DIN-Normen 1.2-11.3 Technische Vorschriften, Richtlinien und Empfehlungen 1.3-11.4 Rechtsfragen 1.4-1

    1.4.1 Brgerliches Gesetzbuch (BGB) 1.4-11.4.2 Verdingungsordnung fr Bauleistungen VOB (1988) 1.4-1

    1.5 Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau nach DIN 1054: 2005-01 1.5-11.5.1 Begriffe zum Teilsicherheitskonzept 1.5-11.5.2 Geotechnische Kategorien (GK) 1.5-21.5.3 Grenzzustnde (GZ) 1.5-31.5.4 Einwirkungen und Widerstnde 1.5-4

    1.6 Literatur 1.6-1

    2. Bodenphysik

    03/2009

    2.1 Struktur der Bden2.2 Mehrphasensystem Boden

    2.2.1 Porenanteil und Porenzahl2.2.2 Dichten und Wichten2.2.3 Lagerungsdichte2.2.4 Wassergehalt2.2.5 Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngren

    2.3 Benennung und Klassifikation von Bden2.3.1 Korngrenverteilung2.3.2 Zustandsgrenzen2.3.3 Benennung von Bden nach DIN 40222.3.4 Auszug aus DIN 4023

    Kurzzeichen, Zeichen und FarbkennzeichnungenFr Bodenarten und Fels nach DIN 4022, Teil 1

    2.3.5 Klassifikation von Bden nach DIN 181962.3.6 Boden- und Felsklassen nach DIN 18300 (VOB, Teil C)2.3.7 Beurteilung der Frostempfindlichkeit von Bden

    2.4 Proctorversuch (nach DIN 18127)2.5 Wasseraufnahmevermgen2.6 Bestimmung des Kalkgehaltes von Bden

    2.6.1 Kalkgehaltsbestimmung nach DIN 181292.6.2 Nherungsweise Bestimmung des Kalkgehalten im

    Feldversuch nach DIN 40222.7 Bestimmung von organischen Beimengungen in Bden nach

    DIN 181282.8 Literatur

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

    2.1-12.2-12.2-12.2-22.2-42.2-52.2-52.3-12.3-22.3-32.3-62.3-10

    2.3-142.3-152.3-162.4-12.5-12.6-12.6-1

    2.6-1

    2.7-12.8-1

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 3

    Seite:

    3. Spannungen im Boden

    3.1 Grundlagen 3.1-13.1.1 Spannungsvektor und Spannungstensor 3.1-13.1.2 Koordinatentransformation, Hauptspannungen Invarianten 3.1-33.1.3 Hydrostatischer Spannungszustand, Deviator 3.1-43.1.4 Verzerrungen 3.1-53.1.5 Graphische Darstellung eines Spannungszustandes mit

    Hilfe des Mohr'schen Spannungskreises 3.1-53.2 Der Spannungszustand im Boden 3.2-1

    3.2.1 Das Prinzip der wirksamen Spannungen 3.2-13.2.2 Kapillaritt 3.2-3

    3.3 Literatur 3.3-1

    4. Grundwasserstrmung

    4.1 Potentialnetz 4.1-14.1.1 eindimensionale Strmung 4.1-24.1.2 ebene Strmung 4.1-2

    4.1.2.1 Grundlagen 4.1-24.1.2.2 Sickerstrmung durch isotrope Bden 4.1-2

    4.1.2.2.1 Graphische Lsungen der Laplac'schenDifferentialgleichung 4.1-2Ermittlung des Potentials (Standrohr-Spiegelhhe) aus dem Strmungsnetz 4.1-4Ermittlung der Sickerwassermenge ausdem Strmungsnetz 4.1-4

    4.1.2.3 Sickerstrmung durch anisotrope Bden 4.1-44.1.3 Hydraulischer Grundbruch 4.1-64.1.4 Verallgemeinertes Filtergesetz von DARCY 4.1-84.1.5 Ermittlung der Spiegellinie in einem homogenen Damm auf

    undurchlssiger Sohle 4.2-94.2 Brunnenstrmung

    Rumliche Strmung4.2.1 Grundlagen 4.2-14.2.2 Gespanntes Grundwasser 4.2-14.2.3 Freies Grundwasser 4.2-24.2.4 Bemessung von Einzelbrunnen 4.2-34.2.5 Grundwasserabsenkung mittels Mehrbrunnenanlagen 4.2-64.2.6 Aufbau von Filtern 4.2-9

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 4

    Seite:

    4.3 Versuche zur Durchlssigkeitsbestimmung 4.3-14.3.1 Feldversuche 4.3-1

    4.3.1.1 Pumpversuche im Filterbrunnen mitGrundwasserstandsmessung inBeobachtungsbrunnen 4.3-14.3.1.1.1 Gespanntes Grundwasser 4.3-14.3.1.1.2 Freies Grundwasser 4.3-1

    4.3.1.2 Pumpversuche oder Versickerungsversucheim Brunnen ohne Beobachtungspegel 4.3-24.3.1.2.1 Versuche werden unterhalb des

    Grundwasserspiegels ausgefhrt 4.3-24.3.1.2.2 Versuche werden ber dem

    Grundwasserspiegels ausgefhrt 4.3-54.3.1.3 Pumpversuche im Filterbrunnen mit

    Grundwasserstandsmessungen im instationrenZustand 4.3-6

    4.3.2 Laborversuche 4.3-74.3.2.1 Durchlssigkeitsversuch nach DIN 18130 4.3-74.3.2.2 Bestimmung des Duchlssigkeitsbeiwerts k aus

    der Kornverteilung 4.3-74.4 Wasserstrmung in Dmmen und Bschungen bei sinkendem 4.4-1

    Auenwasserspiegel

    5. Werkstoffeigenschaften von Boden und Fels

    5.1 Einfhrung 5.1-15.2 Formnderungseigenschaften 5.2-1

    5.2.1 Elastizitt/Hook'sches Gesetz 5.2-15.2.1.1 Einachsige Spannungsnderung 5.2-15.2.1.2 Mehrachsige Spannungsnderung 5.2-2

    5.2.1.2.1 EbenerSpannungszu~and 5.2-45.2.1.2.2 Ebener Verzerrungszustand 5.2-5

    5.2.1.3 Volumennderung 5.2-65.2.1.3.1 Einachsiale Spannungsnderung 5.2-65.2.1.3.2 Mehrachsiale Spannungsnderung 5.2-6

    5.2.1.4 Gestaltsnderung 5.2-75.2.1.4.1 EbenerSchubspannungszu~and 5.2-75.2.1.4.2 Rumlicher Schubspannungszustand 5.2-8

    5.2.1.5 Beziehung zwischen Gestaltsnderung undSchubverformung 5.2-8

    03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 05

    Seite:

    5.2.1.6 Spannungen und Verformungen beim Kompressions-Versuch (dometer-Versuch) 5.2-9

    5.2.1.7 Volumenspannungen und Volumendehnungen 5.2-105.2.1.8 Rotationssymmetrische Spannungszustnde 5.2-11

    5.2.2 Zeitsetzungsverhalten/Konsolidierungstheorie5.2.2.1 Zusammendrckbarkeit bei verhinderter

    Seitendehnung 5.2-125.2.2.1.1 Verdichtungsziffer und Steifemodul

    (aus dem Druck-Porenziffer-Diagramm) 5.2-125.2.2.1.2 Steifemodul (aus dem Druck-Setzungs-

    Diagramm) 5.2-125.2.2.1.3 Kompressions-Diagramme fr normal

    konsolidierten Ton und berkonsolidiertenTon 5.2-13

    5.2.2.2 Zeitsetzung 5.2-155.2.2.3 Berechnung des Konsolidierungsvorganges 5.2-15

    5.2.2.3.1 Die Differentialgleichung fr denKonsolidierungsvorgang 5.2-15

    5.2.2.3.2 Konsol idierungsg rad 5.2-175.2.2.3.3 Isochronenbilder 5.2-18

    5.2.2.4 Mathematische Behandlung der Konsolidierungs-theorie 5.2-215.2.2.4.1 Sonderfall: unbegrenzte, gleichfrmige und

    Zeitlich nicht vernderliche Last 5.2-215.2.2.4.2 Allgemeiner Fall der rtlich begrenzten

    und ungleichmigen Last 5.2-275.2.2.4.3 Mathematische Formulierung des Kon-

    solidierungsgrades 5.2-315.3 Festigkeitseigenschaften 5.3-1

    5.3.1 Bruchbedingung nach Mohr-Coulomb 5.3-15.3.2 Scherfestigkeit des trockenen Sandes 5.3-35.3.3 Scherfestigkeit des wassergesttigten Tons 5.3-5

    5.3.3.1 Allgemeines Verhalten 5.3-55.3.3.2 Wahre Scherparameter 5.3-65.3.3.3 Anfangs- und Endfestigkeit 5.3-7

    5.4 Versuche zur experimentellen Ermittlung der Werkstoffeigenschaftenvon Bden 5.4-1

    5.5 Literatur 5.5-1

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 6

    Seite:

    6. Druckverteilung im Baugrund

    6.1 Spannungen und Verformungen infolge einer an der Oberflcheangreifenden lotrechten Einzellast 6.1-16.1.1 Lsung von Boussinesq 6.1-1

    6.1.1.1 Ausgangsgleichungen 6.1-16.1.1.2 Spannungs-Verformung-Beziehungen am

    Bodenelement 6.1-46.1.1.3 Randbedingungen 6.1-56.1.1.4 Lsung des Gleichungssystems 6.1-56.1.1.5 Einflusswerte 6.1-86.1.1.6 Besonderheiten des Spannungs- und

    Verformungszustandes 6.1-86.1.2 Lsung von Frhlich 6.1-11

    6.2 Spannungsausbreitung infolge ausgedehnter Vertikallasten 6.2-16.2.1 Kreislasten 6.2-2

    6.2.1.1 Anwendung der Halbraumtheorie 6.2-26.2.1.2 Vergleich schlaffe und starre Lastflche 6.2-56.2.1.3 Spannungsermittlung fr verschiedene Lastbilder 6.2-7

    6.2.2 Linienlasten 6.2-96.2.3 Rechtecklasten 6.2-10

    6.2.3.1 Gleichmig verteilte Last 6.2-106.2.3.2 Dreieckfrmig verteilte Last 6.2-126.2.3.3 Sohlspannungsverteilung unter starren Lastflchen 6.2-14

    6.2.4 Verfahren von Newmark und Salas 6.2-156.3 Spannungen infolge Horizontallasten 6.3-16.4 Tafeln zur Spannungsermittlung 6.4-1

    6.4.1 Einflusswerte fr die lotrechten Normalspannungen imelastisch-isotropen Halbraum infolge vertikaler Lasten 6.4-1

    6.4.2 Einflusswerte fr die lotrechten Normalspannungen imelastisch-isotropen Halbraum infolge horizontaler Lasten 6.4-14

    6.5 Literatur 6.5-1

    7. Verformungen des Baugrundes

    7.17.2

    EinfhrungLotrechte Verschiebung7.2.1 Begriffsdefinition

    7.2.1.1 Senkung7.2.1.2 Sackung7.2.1.3 Setzung

    7.1-17.2-17.2-17.2-17.2-17.2-2

    Technische Universitt Darmstadt Institutfr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 7

    Seite:

    7.2.2 Setzung und Verkantungen infolge lotrechter mittiger undausmittiger Belastung (nach DIN 4019) 7.2-57.2.2.1 Allgemeines 7.2-57.2.2.2 Festlegung des Grenztiefe (Einflutiefe) 7.2-67.2.2.3 Berechnung der Setzungen 7.2-6

    7.2.2.3.1 Setzungen infolge lotrechter und mittigerBelastung 7.2-7

    7.2.2.3.2 Setzung und Verkantungen infolge lotrechterund ausmittiger Belastungen 7.2-12

    7.2.2.3.3 Setzungen und Verkantungen infolgewaagerechter Lasten 7.2-14

    7.2.3 Zeitlicher Verlauf der Setzungen (Konsolidierung) 7.2-177.2.4 Setzungsbeobachtungen 7.2-17

    7.3 Waagerechte Verschiebungen 7.3-17.4 Literatur 7.4-1

    8. Grenzzustnde im Boden

    8.1 Erddruck und Erdwiderstand 8.1-18.1.1 Halbraum im plastischen Grenzzustand 8.1-1

    8.1.1.1 Der allgemeine Spannungszustand an einemBodenelement 8.1-1

    8.1.1.2 Spannungs- und Verformungszustand in einerAusgedehnten, gleichmigen Ablagerungmit waagrechter Oberflche 8.1-2

    8.1.1.3 Mohr'sche Bruchtheorie 8.1-28.1.1.4 Anwendungsbeispiele der Mohr'schen

    Bruchtheorie 8.1-68.1.2 Erddrucktheorien 8.1-8

    8.1.2.1 Methode des "kritischen Gleichgewichtes" 8.1-88.1.2.2 Grenzwertverfahren 8.1-9

    8.1.3 Erddruck auf frei auskragende Wnde 8.1-158.1.4 Erddruck auf abgesttzte Wnde 8.1-188.1.5 Berechnung des aktiven und passiven Erddrucks

    nach DIN 4085: 2007-10 8.1-208.1.5.1 Vorzeichenregel fr die Berechnung des aktiven

    und passiven Erddrucks 8.1-208.1.5.2 Gleichungen zur Berechnung des Erddrucks 8.1-208.1.5.3 Erddruckbeiwerte fr die Berechnung des aktiven

    und passiven Erddrucks nach Coulomb(ebene Gleitflche) 8.1-20

    8.1.5.4 Gleitflchenwinkel aus Bodeneigenlast fr ebeneGleitflchen nach Coulomb 8.1-21

    03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 8

    Seite:

    03/2009

    8.1.5.5 Erddruckbeiwerte fr die Berechnung des passivenErddrucks nach Sokolovsky/Pregel(gekrmmte Gleitflchen)

    8.1.5.6 Mindesterddruck nach DIN 4085: 2007-108.1.5.7 Erddruckanteil infolge einer vertikalen Linien- oder

    Streifenlast, die die Neigung der Gleitflche ausEigenlast des Bodens nicht wesentlich ndert

    8.1.5.8 Erddruckanteil infolge einer horizontalen Linien- oderschmalen Streifenlast, die die Neigung der Gleitflcheaus Eigenlast des Bodens nicht wesentlich ndert

    8.1.5.9 Rumlicher passiver Erddruck8.1.6 Literatur

    8.2 Berechnung von Baugrubenwnden8.2.1 Krfte auf eine Baugrubenwand

    8.2.1.1 Erddruckumlagerung8.2.1.2 Erddruck aus Nutzlasten

    8.2.2 Statische Systeme8.2.2.1 Frei aufgelagerte Baugrubenwnde8.2.2.2 Eingespannte Baugrubenwnde nach Blum8.2.2.3 Analytisches Trgermodell

    8.2.3 Statische Berechnung der Baugrubenwand8.2.3.1 Analytische Ermittlung der Einbindetiefe8.2.3.2 Analytische Berechnung der Auflagerkrfte8.2.3.3 Analytische Ermittlung der Schnittgren8.2.3.4 Graphische Verfahren

    8.2.3.4.1 Nicht gesttzte, eingespannte Wand8.2.3.4.2 Einfach gesttzte, frei aufgelagerte Wand8.2.3.4.3 Einfach gesttzte, eingespannte Wand

    8.2.4 Standsicherheitsnachweise nach DIN 1054: 2005-01 bzw.EAB 4. Auflage8.2.4.1 Nachweis der Sicherheit des Erdauflagers8.2.4.2 Nachweis des vertikalen Gleichgewichts oder

    Nachweis der Vertikalkomponente des mobilisiertenErdwiderstandes

    8.2.4.3 Nachweis der vertikalen Tragfhigkeit oderNachweis der Abtragung von Vertikalkrftenin den Untergrund

    8.2.4.4 Nachweis der Standsicherheit in der tiefen Gleitfuge8.2.4.5 Weitere Nachweise

    8.2.5 Ablauf fr die Berechnung einer Baugrubenwand8.2.6 Literatur

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

    8.1-218.1-22

    8.1-22

    8.1-228.1-238.1-298.2-18.2-18.2-28.2-38.2-48.2-58.2-58.2-68.2-78.2-78.2-78.2-88.2-108.2-108.2-118.2-12

    8.2-138.2-13

    8.2-14

    8.2-148.2-158.2-178.2-178.2-18

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKInhaltsverzeichnis Seite 0 - 9

    Seite:

    8.3

    8.4

    Bschungs- und Gelndebruchberechnungen nachDIN 1054: 2005-01 und E DIN 4084:2002-118.3.1 Nachweis der Sicherheit gegen Bschungsbruch

    und Gelndebruch (GZ 1C)8.3.2 Verfahren mit geraden und einsinnig gekrmmten

    Gleitlinien8.3.2.1 Lamellenverfahren8.3.2.2 Lamellenfreie Verfahren

    8.3.3 Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien8.3.3.1 Blockgleitverfahren8.3.3.2 Verfahren der zusammengesetzten Bruch-

    mechanismen mit geraden Gleitlinien8.3.4 Berechnung der Standsicherheit und

    Ausnutzungsgrad 08.3.5 Besondere Bedingungen nach E DIN 4084:2002-118.3.6 Verformungsbegrenzung von Bschungen und

    Gelndesprngen ohne Bebauungen8.3.7 LiteraturGrundbruchwiderstand von Flachgrndungen8.4.1 Ableitung der Tragfhigkeitsbeiwerte8.4.2 Sicherheitsnachweis fr Flach- und Flchengrndungen

    nach DIN 1054: 2005-018.4.2.1 Frostsicherheit8.4.2.2 Einwirkungen und Beanspruchungen in der Sohlflche8.4.2.3 Nachweis der Tragfhigkeit

    8.4.2.3.1 Nachweis der zulssigen Lage derSohldruckresultierenden (GZ 1A)

    8.4.2.3.2 Nachweis der Gleitsicherheit (GZ 1B)8.4.2.3.3 Nachweis der Grundbruchsicherheit (GZ 1B)

    8.4.2.4 Aufnehmbarer Sohldruck in einfachen Fllen8.4.2.4.1 Nichtbindiger Boden8.4.2.4.2 Bindiger Boden

    8.4.3 Literatur

    8.3-1

    8.3-1

    8.3-38.3-38.3-58.3-88.3-8

    8.3-8

    8.3-108.3-10

    8.3-108.3-128.4-18.4-1

    8.4-78.4-78.4-78.4-8

    8.4-88.4-108.4-118.4-188.4-198.4-228.4-23

    03/2009Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 - 1

    1

    1.1

    EinfhrungBegriffe, Formeln, Zeichen nach DIN 1080, Teil 6 (1980)

    Formel-zeichen

    Nr und Benennung Einheit BemerkungenNeben- (Beispiele)zeichen

    1 Bodeneigenschatten

    1.1 C Krmmungszahl ') (d 30)2 1)c-d,o' dso

    siehe DIN 18196

    1.2 Ce Kompressionsbeiwert ') Wert des Anstiegs der halblogarithmisch aufgetragenen Druckporen-zahllinie

    C l1e. de----G-m1t er111g-

    GeEinheitsspannung Ge- 1 kN/m 2

    1.3 Cs Schwellbeiwert ') mittlerer Wert des Anstiegs einerEntlastungs und Wiederbeiastungsschleife der halblagarithmischaufgetragenen Druckporenzahllinie

    l1eCs - - - - G-Alg-

    Ge

    Lagerungsdichtemax n - n

    1.4 D ') D-max n- min n

    1.5 D pr VerdichtungsgradOd

    ') Dpr---OPr

    siehe DIN 18127

    Es Steifemodul MN/m 2da

    1.6 Es - d;;- (frher Steifezahi)d c (= dn) ist die auf die Hhe desVolumenelements bezogene Zusarn-mendrckung (Verminderung desPorenanteils n) im einachsigen Form-nderungszustand

    1Reziprokwert -= m y

    Es(coefficient of volume cornpres s-ibility)

    1.7 E Verformungsmodul MN/m 2A Go

    v E y - 1.5 ' r--As

    r Radius der Lastplatte si eheDIN 18134

    ') Verhtiltnisgre

    1) in DIN 18196 auch als Ce bezeichnet

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 2

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen

    Nr und Benennung Einheit BemerkungenNeben- (Beispiele)zeichen

    1.8 JA Aktiv it tsza hl *) Plastizittszahl, bezogen auf dasVerhltnis des Gewichtes m-i derTonfraktion zum Gesamtgewicht m

    I pIA----

    m-rl m

    wL-w1.9 Je Konsistenzzahl *) Je----I p

    w-wp1.10 h Liquidittszahl *) h- ----1- IeI p

    max e- e1.11 I D bezogene Lagerungsdichte *) I D-

    max e- rnin e

    1.12 Ip Plastizittszahl *) lp-WL-Wp

    I nw1.13 Sr Sttigungszahl *) Sr- -n-Sensitivitt

    Cu qu1.14 S, *) S,- ----

    Cu r qrCu r Scherfestigkeit des gestrten

    Bodens fr den undrniertenZustand

    t Cv1.15 r, bezogene Konsolidierungszeit *) T---v H 2

    t KonsolidierungszeitH Dicke der einseitig vertikal

    entwssernden Bodenschicht

    1.16 U Ungleichfrmlgkeitszahl *) u- asod,o

    (auch Ungleichkrnigkeitszahl)siehe DIN 18196

    1.17 uc Veriestigungsgrad *) Verhltnis der bis zu einern Zeit-punkt eingetretenen Volumennde-rung zurVolumennderung im Endzu-stand

    (degree of consolidallon),(frher U Konsolidierung sgrad)

    1.18 Uz Konsolidierungsverhltnis *) Verhltnis der bis zu einem Zeit-punk1 eingetretenen Abnahme desPorenwasserdrucks zum Porenwasser-druck bei Beginn der Laststeigerung(consolidation ratio)

    1.19 Ve. Kalkgehalt *) Verhitnis des Kalkgew ich Isan teilszum Trockengewicht

    *) Verhltnisgre

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 3

    (Fortsetzung)

    Formel'zeichen Einheit

    Nr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben'zeichen

    1.20 Vg1 Glhverlust *) Verhltnis des Gewichtsverlustesbeim Glhen zum Trockengewic~t

    1.21 c' Kohsion des drnierten kN/m z effektive Spannung(entwsserten) Bodens siehe DIN 18137 Teilt

    1.22 cr Kohsion des gestrten undrnierten kN/mz auch Scherfestigkeit eines

    (nicht entwsserten) Bodens gestrten. gesttigten bindigenBodens im undrnierten Zustand

    1.23 Cu Kohsion des undrnierten kN/m z totale Spannung(nicht entwsserten) Bodens siehe DIN 18 t37 Teil 1

    1.24 c, KonsoIid ieru ng sbeiwe rt m2/s Beiwert der Zeitsetzungk E, k

    cv - - - - - - - -Yw lTl y ' Yw

    1.25 d' Komgr8e mm siehe DIN 18123

    1.28 e Porenzahl *) Porenvolumen. bezogen auf dasFeststoftvolumen

    ne---

    1-n(frher PorenziHer)

    1.27 min e Porenzahl bei dichtester Lagerung *)

    1.28 max e Porenzahl bei lockerster Lagerung ')

    1.29 i, spezifische Strmungskrafl kN/m 3 Strmungskraft. bezogen auf dasVolumen n (frher j)

    1.30 h hydraulische Druckhhe m 1)

    1.31 hk kapillare Steighhe m

    1.32 i hydraulisches Geflle *) Verlust an hydraulischer Druckhhe 1)je Lnge in Fiierichlungv

    1.33 k Durchlssigkeitsbeiwert m/s k--i

    1.34 n Porenanteil *) Porenvolumen. bezogen auf dasGesamtvolumen

    en-nw+na-~

    nw Anteil der wassergefllten Porenlla Anteil der luftgefllten Poren

    1.35 min n Porenanteii bei dichtester ')Lagerung

    1.36 max n Porenanteil bei lockerster *)Lagerung

    II') Verhltnisgre

    -

    1) gemein~ ist hier: Energiehhe

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • .

    BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 4

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen Einheit

    Nr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

    1.37 q DurchfluB, flchenbezogen m3/(s' m 2) Wasservolumen je Querschnittflchebezogen auf die Zeit

    1.38 q, einachsige Druckfestigkeit des kN/m 2gestrten Bodens

    1.39 qu einachsige Druckfestigkeit des kN/m 2ungestrten Bodens

    1.40 u Porenwasserdruck kN/m 2 Wasserdruck in den Poren eineswassergesttigten Bodans

    u- uoAu

    1.41 uo hydrostatischer Porenwasserdruck kN/m 2

    1.42 u. Porenluftdruck kN/m 2 Luftdruck in den Poren eines teil-weise wassergesltigten Bodens

    1.43 uw Porenwasserdruck bei Teilsttigung kN/m 2 Wasserdruck In den Poren einesteilweise wassergesttigten Bodens

    1.44 tJ.u Porenwasserberdruc k. kN/m 2 ber- bzw. Unterdruck im Poren-Porenwasserunterdruck wasser gegenber dem hydrostati-

    schen Porenwasserdruck

    1.45 v Filtergeschwindigkeit m/s Durchflu je Flchev- k i

    1.46 W Wassergehalt *) Verhltnis der Masse des Poren-wassers zur Trockenmasse, sieheDIN 1B 121 Teil1

    1.47 Wl_ Wassergehalt an der Fliegrenze *)

    1.48 wp Wassergehalt an der Ausrollgrenze *)

    1.49 Ws Wassergehalt an der Schrumpfgrenze *)

    1.50 wPr optimaler Wassergehalt *) Wassergehalt, der der maximalenTrockendichte nach dem Proctor-versuch zugeordnet Ist, sieheDIN 1B 127

    1.51 Y Wichte des feuchten Bodens kN/m 3 Y - (1 - n) . (1 + w) . Y.1 + w-~'Ys

    (frher Raumgewicht des feuchtenBodens)

    1.52 y' Wichte des Bodens unter kN/m 3 y'- (1 - n) . (y, - yw)Auftrieb

    _ Ys -Yw1 + e

    I*) Verhltnisgre

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 - 5

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen EinheitNr und Benennung BemerkungenNeben- (Beispiele)zeichen

    1.53 Yd Trockenwichte des Bodens kNlm3 Yd -(1-11)' Ys1-~'Ys

    (frher Trockenraumgewicht)

    1.54 Y, Wichte des wassergesttigten kNlm 3 Yr - (1 - Il) , Ys + Il ' YwBodens. Ys + e- Yw

    - 1 + e(frher Raumgewicht deswassergestligten Bodens)

    1.55 Ys Kornwichte kNlm 3 (frher spezifisches Gewicht desKorns)

    1.56 Yw Wichte des Wassers kNlm3 (frher spezifisches Gewicht desWassers)

    IN slm 21.57 'lw dynamische Viskositt des Wassers I

    1.58 V w kinematische Viskositt des Wassers m 21s

    1.59 (;' Dichte des feuchten Bodens tlm 3 (;'-(1-1l)(1+w)' ('S

    1.60 (;'d Trockendichte des Bodens tlm 3 (;'-(1- n)' (;'S

    1.61 (;'Pr Proctordichte tlm 3 Maximale Trockendichte nach demProctorversuch siehe DIN 18127

    1.62 (;'r Dichte des wassergestliglen Bodens tlm 3 ('r-(1-1l) ps+n' Pw

    1.63 (;'S Korndichte I tlm 31.64 (;'W Dichte des Wassers tlm 3

    1.65 a totale Spannung kNlm 2 gesamte Normalspannunq in einerSchnittflche durch den Boden

    1.66 o,

    effek1ive Spannung kNlm 2 0'- 0- U 1)

    1.67 T( Scheriesligkeit kNlm 2 Maximalwert der Scheriestigkeit -auch Bruchscheriestigkeit genannt,siehe DIN 1B137 Teil 1

    1.68 TR Gleitfesligkeit kNlm2 Scheriestigkeit nach groBem Ver-

    schiebungsweg - auch Restscher-festigkeit genannt, siehe DIN 1B137Teil 1(residual shear strength)(frher Tr)

    ') Verhltnisgre

    1) wird auch als wirksame Spannung bezeichnet

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIK Seite 1.1 6Einfhrung

    ,

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen EinheitNr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

    1.69 tp r Innerer Reibungswinkel des 0 zur Berechnung der Endstandsicher-drnierten (entwsserten) heit mit:Bodens

    T(- c'+ 0' tan 'P'(der griechische Kleinbuchstabephi 'P erscheint in auslndischenDruckerzeugnissen auch als (6)siehe DIN 18137 Teil 1

    1.70 innerer Reibungswinkel 0 zur Berechnung der Anfangsstand-'Pudes undrnierten sicherheit mit:(nicht entwsserten) Bodens

    Tlu - Cu + 0 . tan 'Pusiehe DIN 18137 Teil 1

    2 Grndungen

    2.1 Eo Erdruhe druckkratt, -Iast I kN2.2 Ea aktive Erddruckkraft, -Iast I kN2.3 Ep passive Erddruckkraft, -Iast I kN I auch Erdwiderstandskrart, -Iast2.4 /(0 I Beiwert des Erdruhedrucks I ')2.5 Ka Beiwert des aktiven Erddrucks I ')2.6 Kp Beiwert des passiven Erddrucks ')

    2.7 Q Pfahllast I kN2.8 Qg Pfahlgrenzlast kN siehe DIN 1054, Ausgabe

    November 1976, Bild 2

    2.9 Q,g Pfahlfukratt kN siehe DIN 4014 Teil 2

    2.10 Qr Pfahlmantelkrafl I kN siehe DIN 4014 Tell 22.11 Cl La ngl tu d Inalg esc hwl ndlg kei t m/s Geschwindigkeit der Druckwelle im

    Kontinum

    2.12 c, Transversalgeschwindigkeit m/s Geschwlndiqkelt der Scherwelle imKontinum

    2.13 cR Rayleig h-Geschwindig keit m/s Geschwindigkeit der o benrchen-welle

    2.14 eo Erdruhedruck kN/m 2

    2.15 e, aktiver Erddruck k~lIm2

    2.16 ep passiver Erddruck r.Ulm 2 auch: Erdwiderstand

    ') Verhltnisgre

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.1 - 7Einfhrung

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen

    EinheitNr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

    2.17 k n dynamischer Druck-Bettungsmodul MN/m 3 Dynamische Sohlspannung, die fr Ein-heitsvertormung senkrecht zur Grn-dungsflche erforderlich ist (frher Co>

    2.18 k, Bettungsmodul MN/m 3 k, - ~ (frher Bettungszahl Cb)s

    2.19 11, dynamischer Schub-Bettungsmodul MN/m 3 Dynamische Sohlspannung, die frdie Einheitsverformung parallelzur Grndungstlche erforderlichist.

    2.20 1 Piahllnge rn

    2.21 10 Kra t1ein tra 9un gslng e m Anteil der Pfahl oder Ankerlnge,auf dem rechnerische Krt1e an denBaugrund abgegeben werden. sieheDIN 1054, DIN 4125 Teil 1

    2.22.q, Mantelreibung kN/m 2 1)

    2.23 S Setzung mm , = Endwert2.24 So Sofortsetzung mm, = zeilunabhngiger SetzungsanteiJ2.25 s, IPrimrsetzung mm , = Setzung infolge Konsolidierung2.26 s2 Sekundrsetzung mm,

    = Setzung unter konstanten effektivenSpannungen nach Abschlu derKonsolidierung

    2.27 sei elastische Pfahlsetzung mm, = elastischer Anteil der axialenPfahlko pfverschiebung2.28 Spl bleibende Piahlselzung mm , = bleibender (plastischer) Anteil

    der axialen Pfahlkopfverschi ebung

    2.29 St Setzung zur Zeit t mm , cm

    2.30 Da Wand reibungswinkel tr aktiven 0Erddruck

    2.31 op Wandreibungswinkel fr passiven 0Erddruck

    2.32 0, Sohlreibungswinkel 0

    2.33 U Gleiffichenwinkel 0

    2.34 o, Gleilflchenwinkel fr aktiven 0Erddruck

    Winkel der ungnstigen Gleitflche2.35 up Gleilflchenwinkel tr passiven 0 gegen die Horizontale

    Erddruck

    2.360 Sohl normal spannung kN/m 2

    2.37Of Grundbruchspannung kN/m 2

    2.38v geologische Vorbelastung kN/m 2

    1 ) nach DIN 4014: Sondierwiderstand bei Drucksonden qs [kN/m'JPfahlspitzenwiderstand Os [kN/m'JMantelreibung

    "mf [kN/m'Jnach DIN 4094: Spitzenwiderstand qc [kN/m'J

    Mantelreibung f s [kN/m'J

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.1 - 8

    (Fortsetzung)

    Formel-zeichen EinheitNr und Benennung (Beispiele) BemerkungenNeben-zeichen

    2.39 TO Sohlscherspannung kN/m 2

    2.40 wi Eigenkreisfrequenz, ungedmpft 1/s i r- 1, 2, 3 ...

    2.41 wdi Eigenkreisfrequenz, gedmpft 1/s'

    3 Sonstige Gren und Nebenzeichen (Indizes)3.1 1Jl0 Anzahl der Rammschlge fr 10 cm ') siehe DIN 4094

    Eindringung bei Rammsonden

    3.2 1130 Anzahl der Rammschlge bei 30 cm ') siehe DIN 4094Eindringung beim Standard Pentra-lion Test (SPT)

    3.3 qc Spitzenwiderstand bei Drucksonden MN/m 2 siehe DIN 4094

    3.4 Neigungswinkel einer Bschung zur 0 siehe DIN 4084 Teil 2Horizontalen

    3.5 v Formbeiwert bei Tragfhigkeits- ') siehe DIN 4017 Teil 1untersuchungen

    3.6 x Neigungsbeiwert bei Tragfhigkeits-

    I') siehe DIN 4017 Teil 2

    untersuchungen

    3.7 Pr Nebenzeichen fr Proctor -

    3.8 R Nebenzeichen fr Rest- .. , bleibend -

    I(residual), Rayleigh3.9 a Nebenzeichen fr Luft, Auftrieb,

    I-

    aktiv (Erddruck)

    3.10 c Nebenzeichen fr Kohsion, -Konsolidation

    3.11 p Nebenzeichen fr passiv -(Erddruck)

    3.12 r Nebenzeichen fr Reibung, gestrt -(remoulded), radial

    3.13 s Nebenzeichen fr Setzung, Feststoff -

    3.14 u Nebenzeichen fr ungestrt, -undrniert, Porenwasserdruck

    3.15 w Nebenzeichen fr Wasser -

    3.16 Y Nebenzeichen fr Wichte des -Bodens

    3.17 0 Nebenzeichen fr Anfang- .. , -Sohl- .. , Ruhe-(Druck)

    ') Verhltnisgre

    ,

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.2-1

    1.2 Verzeichnis von DlN-Normen

    DIN Ausgabe Titel

    1045 2008 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton1054 2005 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau1055 T 1 2002 Einwerkungen auf Tragwerke1055 T2 1976 Lastannahmen fr Bauten; Bodenkenngren, Wichten,

    Reibungswinkel, Kohsion, Wandreibungswinkel1072 1985 Straen- und Wegbrcken; Lastannahmen (mit Anhang,

    Beiblatt 1, 1988)1076 1999 Ingenieurbauwerke im Zuge von Straen und Wegen;

    berwachung und Prfung1080 T6 1976 Begriffe, Formelzeichen und Einheiten im Bauingenieur-

    wesen; Bodenmechanik und Grundbau1301 T 1 2002 Einheiten, Einheitennamen, Einheitenzeichen1301 T2 1978 Einheiten; Allgemein angewendete Teile und Vielfache1356 1995 BauzeichnungenEN 1536 1999 Ausfhrung von besonderen geotechnischen Arbeiten

    (Spezialtiefbau) - BohrpfhleEN 1537 2001 Ausfhrung von besonderen geotechnischen Arbeiten

    (Spezialtiefbau) - VerpressankerEN 1538 2000 Ausfhrung von besonderen geotechnischen Arbeiten

    (Spezialtiefbau) - Schlitzwnde4017 2006 Baugrund - Berechnung des Grundbuchwiderstandes von

    Flachgrndungen (mit Beiblatt 1)4018 1974 Baugrund - Berechnung der Sohldruckverteilung unter

    Flchengrndungen (mit Beiblatt 1, 1981)4019 T 1 1979 Baugrund - Setzungsberechnungen bei lotrechter, mittiger

    Belastung (mit Beiblatt 1)4019 T2 1981 Baugrund - Setzungsberechnungen bei schrg und bei

    auermittig wirkender Belastung (mit Beiblatt 1)4020 2003 Geotechnische Untersuchungen fr bautechnische Zwecke

    (mit Beiblatt1, 2003)4022 T 1 1987 Baugrund und Grundwasser: Benennen und Beschreiben

    von Boden und Fels; Schichtenverzeichnis fr Bohrungenohne durchgehende Gewinnung von gekernten Proben imBoden und im Fels

    4022 T3 1981 Baugrund und Grundwasser: Benennen und Beschreibenvon Boden und Fels; Schichtenverzeichnis fr Bohrungenim Fels (Festgestein)

    4023 2006 Geotechnische Erkundungen und Untersuchung, Zeich-nerische Darstellung der Ergebnisse von Bohrungen undsonstigen direkten Aufschlssen

    4030 T 1 2008 Beurteilung betonangreifender Wsser, Bden und Gase:Grundlagen und Grenzwerte

    4049 T 1 1992 Hydrologie; Grundbegriffe4049 T2 1990 Hydrologie, Begriffe und Gewsserbeschaffenheit4084 2009 Baugrund - Gelndebruchberechnungen (mit Beiblatt 1

    (1981) und Beiblatt 2 (1983)4085 2009 Baugrund - Berechnung des Erddrucks; Berechnungs-

    grundlagen (mit Beiblatt1 und 2, 1989)4093 1987 Baugrund - Einpressung in den Untergrund; Planung,

    Ausfhrung, Prfung4094 2002 Baugrund - Felduntersuchungen Teil 1: Druck-

    sondierungenTechnische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

    03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.2 - 2Einfhrung

    DIN Ausgabe Titel

    4094 2002 Baugrund - Felduntersuchungen Teil 4: Scherversuch4095 1990 Baugrund - Drnung zum Schutz baulicher Anlagen;

    Planung, Bemessung und Ausfhrung4107 1978 Baugrund - Setzungsbeobachtungen an entstehenden und

    fertigen Bauwerken4123 2000 Ausschachtungen, Grndungen und Unterfangungen im

    Bereich bestehender Gebude4124 2002 Baugruben und Grben; Bschungen, Arbeitsraumbreiten,

    Verbau4126 1986 Ortbeton- Schlitzwnde; Konstruktion und Ausfhrung4127 1986 Erd- und Grundbau; Schlitzwandtone fr sttzende

    Flssigkeiten; Anforderungen, Prfverfahren, Lieferung,Gteberwachung

    4149 T 1 2005 Bauten in deutschen Erdbebengebieten; Lastannahmen,Bemessung und Ausfhrung blicher Hochbauten (mitBeiblatt)

    4150 T 1 2001 Erschtterungen im Bauwesen; Vorermittlung vonSchwingungsgren

    4150 T2 1999 Erschtterungen im Bauwesen; Einwirkungen aufMenschen in Gebuden

    4150 T3 1999 Erschtterungen im Bauwesen; Einwirkungen auf baulicheAnlagen

    EN 12063 1999 Ausfhrung von besonderen geotechnischen Arbeiten(Spezialtiefbau) - Spundwand-Konstruktionen

    EN 14199 2005 Ausfhrung von besonderen geotechnischen Arbeiten(Spezialtiefbau) - Pfhle mit kleinen Durchmessern(Mikropfhle)

    EN ISO 14688 2003 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Beschreibung und Klassifizierung von Bden, Teil 1:Benennung und Beschreibung

    EN ISO 14688 2004 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Beschreibung und Klassifizierung von Bden, Teil 2:Grundlagen fr Bodenklassifizierungen

    EN ISO 14689 2004 Geotechnische Erkundung und Untersuchung, Benennung,Klassifizierung von Fels, Teil 1: Benennung undBeschreibung

    18121 T 1 1998 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Wassergehalt;Bestimmung durch Ofentrocknung

    18121 T2 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Wassergehalt;Bestimmung durch Schnellverfahren

    18122 T1 1997 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Zustands-grenzen (Konsistenzgrenzen); Bestimmung der Flie- undAusrollgrenze

    18122 T2 2000 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Zustands-grenzen (Konsistenzgrenzen); Bestimmung der Schrumpf-grenze

    18123 1996 Baugrund; Untersuchung von Bodenproben: Bestimmungder Korngrenverteilung

    18124 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung derKorndichte, Kapillarpyknometer - Weithalspyknometer

    18125 T 1 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung derDichte des Bodens; Laborversuche

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.2 - 3Einfhrung

    DIN Ausgabe Titel

    18125 T2 1999 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung derDichte des Bodens; Feldversuche

    18126 1996 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung derDichte nichtbindiger Bden bei lockerster und dichtesterLagerung

    18127 1997 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Proctorversuch18128 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung des

    Glhverlusts18129 1996 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte:

    Kalkgehaltsbestimmung18130 T 1 1998 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung des

    Wasserdurchlssigkeitsbeiwerts, Laborversuche18134 2001 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte:

    Plattendruckversuch18136 2003 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung der

    einaxialen Druckfestigkeit; Einaxialversuch18137 T1 1990 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung der

    Scherfestigkeit; Begriffe und grundstzlicheVersuchsbedingungen

    18137 T2 1990 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte: Bestimmung derScherfestigkeit; Triaxialversuch

    18195 T 1 2000 Bauwerksabdichtungen; Allgemeines, Begriffe18195 T2 2009 Bauwerksabdichtungen; Stoffe18195 T3 2000 Bauwerksabdichtungen; Verarbeitung der Stoffe18195 T4 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen

    Bodenfeuchtigkeit; Bemessung und Ausfhrung18195 T5 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen

    nichtdrckendes Wasser, Bemessung und Ausfhrung18195 T6 2000 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung gegen von auen

    drckendes Wasser, Bemessung und Ausfhrung18195 T8 1983 Bauwerksabdichtungen; Abdichtung ber Bewegungsfugen18196 2006 Erd- und Grundbau; Bodenklassifikation fr bautechnische

    Zwecke18200 2000 bereinstimmungsnachweis fr Bauprodukte18915 2002 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Bodenarbeiten18918 2002 Vegetationstechnik im Landschaftsbau; Ingenieur-

    biologische Sicherungsbauweisen19700 T 10 2004 Stauanlagen; Gemeinsame Festlegungen19700 T 11 2004 Stauanlagen; Talsperren19700 T 12 2004 Stauanlagen; Hochwasserrckhaltebecken19700 T 13 2004 Stauanlagen; Staustufen19700 T 14 2004 Stauanlagen; Pumpspeicherbecken21521 T 1 1990 Gebirgsanker fr den Bergbau und den Tunnelbau; BegriffeEN ISO 22475 2007 Geotechnische Erkundung und Untersuchung; Teil 1EN ISO 22476 2005 Geotechnische Erkundung und Untersuchung; Teil 2 und 352100 2007 Naturstein; Gesteinskundliche Untersuchungen52101 2005 Prfverfahren fr Gesteinskrnungen von Naturstein;

    Probenahme52102 2006 Prfverfahren fr Gesteinskrnungen von Naturstein;

    Bestimmung der Dichte, Rohdichte, Reindichte,Dichtigkeitsgrad, Gesamtporositt

    EurocodeEC 1 T1 E 1993 Basis of Design and Actions on StructuresEC 7 T1 E 1993 Geotechnical Design, General Rules

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2009

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung

    J..3 Technische Vorschriften, Richtlinien und Empfehlungen

    Zustzliche Technische Vorschriften (ZTV)

    Seite 1.3-1

    - ZTVE-StB 76: Zustzliche Technische Vorschriften und Richtlinienfr Erdarbeiten im Straenbau, 1976

    Hrsg.: Bundesministerium fr Verkehr, Abteilung fr Straenbau

    - ZTV-K 88: Zustzliche Technische Vertragsbedingungen frKunstbauten, 1988

    Hrsg.: Bundesministerium fr Verkehr, Abteilung fr Straenbau undBundesministerium fr Verkehr, Abteilung frBinnenschiffahrt und WasserbauDeutsche Bundesbahn

    Herausgeber von Empfehlungen, Richtlinien und Merkblttern

    - Deutsche Gesellschaft fr Geotechnik e. V. (DGGT), Essen[vormals Deutsche Gesellschaft fr Erd- und Grundbau e.V. (DGEG)]Hohenzollernstrae 52, 45128 Essen

    Herausgeber von Empfehlungen u.a.:

    EAB

    EAO

    EVB

    Empfehlungen des Arbeitskreises Baugruben, 1988

    Empfehlungen des Arbeitsausschusses Ofereinfassungen,Hfen und Wasserstraen, 1990

    Empfehlungen Verformungen des Baugrundes bei baulichenJl.-.nlagen, 1993

    - Deutscher Verband fr Wasserwi tschaft und Kulturbau e. V. (DvWK)Glckstrae 2, 53229 Bonn

    - Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches Ei.V. (DVGW)Mergenthahlerallee 27, 65760 Eschborn/Taunus

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.4 - 1

    1.41.4.1

    RechtsfragenBrgerliches Gesetzbuch (BGB)

    Vertiefung, 909 BGB,;Ein Grundstck darf nicht in der Weise vertieft werden, da der Boden des Nachbargrund-stcks die erforderliche' Sttze verliert, es.sei denn, da fr eine gengende anderweitige Be-festigung gesorgt ist."

    909 BGB ist die zentrale Vorschrift zur Regelung nachbarschaftlicher Beziehun-gen bei Eingriffen in das unter der Erdoberflche liegende Gefge.

    1.4.2 Verdingungsordnung fr Bauleistungen VOB (1988)

    Teil A: Allgemeine Bestimmungen fr die Vergabe von Bauleistungen

    Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen fr die Ausfhrung vonBauleistungen

    Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen fr Bauleistungen

    DIN 18299 Allgemeine Regelungen fr Bauarbeiten jeder ArtDIN 18 300 ErdarbeitenDIN 18301 BohrarbeitenDIN 18302 BrunnenbauarbeitenDIN 18303 VerbauarbeitenDIN 18304 RammarbeitenDIN 18 305 WasserhaltungsarbeitenDIN 18306 EntwsserungskanalarbeitenDIN 18307 Gas- und Wasserleitungsarbeiten im Erdreich

    DIN 18308 DrnarbeitenDIN 18 309 EinprearbeitenDIN 18310 Sicherungsarbeiten an Gewssern, Deichen und KstendnenDIN 18311 NabaggerarbeitenDIN 18312 UntertagebaunrbeiienDIN 18313 Schlilzwandarbeiten mit sttzenden FlssigkeitenDIN 18314 SpritzbeionnrbeitenDIN 18315 Straenbauarbeiten; Oberbauschichien ohne BindemittelDIN 18316 Straenbauarbeiten; Oberbauschichten mit hydraulischen

    BindemittelnDIN 18317 Straenbauarbeiten; Oberbauschichten mit bituminsen

    BindemittelnDIN 18318 Straenbauarbeiien; Pflasterdecken und PlattenbelgeDIN 18320 LandschattsbauarbeitenDIN 18325 GleisbauarbeitenDIN 18330 MauerarbeitenDIN 18331 Beton- und StahlbetonarbeitenDIN 18332 NaturwerksteinarbeitenDIN18 333 BetonwerksteinarbeitenDIN 18334 Zimmer- und HolzbauarbeitenDIN 18 335 StahlbauarbeitenDIN 18336 AbdichtungsarbeitenDIN 18 338 Dachdeckungs- und Dachabdichtungsarbeiten

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung

    1.5 Sicherheitsnachweise in Erd- und Grundbau nach DIN 1054: 2005-01

    Seite 1.51

    Das Teilsicherheitskonzept ermglicht im Gegensatz zum Globalsicherheitskonzept unterVerwendung mehrerer Sicherheitsbeiwerte eine differenzierte Betrachtung einzelnerEinflussfaktoren .

    1.5.1 Begriffe zum Teilsicherheitskonzept

    Einwirkung (F):auf das Tragwerk bzw. den Baugrund einwirkende- Kraftgren (direkte Einwirkungen, z.B. Eigenlasten Verkehrslasten) oder- Verformungsgren (indirekte Einwirkungen, z.B. durch aufgezwungene oder behinderte

    Verformungen).

    Beanspruchung (E):Folge bzw. Auswirkung der gleichzeitig zu betrachtenden Einwirkungen bzw.Einwirkungskombination auf das Tragwerk bzw. den Baugrund oder seine Teile oder diebetrachteten (Quer-) Schnitte, z.B. - Schnittgren,

    - Spannungen,- Dehnungen, Verformungen,- Lagevernderungen wie Verschiebungen und Verdrehungen.

    Widerstand (R):Einem Grenzzustand entgegenwirkende Kraft, Schnittgre bzw. Spannung im oder am Tragwerkbzw. Baugrund, die durch Festigkeit bzw. Steifigkeit der Baustoffe oder des Baugrundes(Scherfestigkeit und daraus abgeleitete Bodenwiderstnde) verursacht wird.

    Charakteristischer Wert (Index k):Wert einer Einwirkung, einer Beanspruchung oder eines Widerstandes, von dem angenommenwird, dass er mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit im Bezugszeitraum unter Bercksichti-gung der Nutzungsdauer des Bauwerks und der entsprechenden Bemessungssituation nicht ber-oder unterschritten wird. Der charakteristische Wert wird aufgrund von Versuchen, Messungen,Berechnungen oder Erfahrungen festgelegt.

    - Baustoffe: magebender Wert der Materialfestigkeit La. aus bestimmtem Quantil derangenommenen statistischen Verteilung, z.B. 95 %-Quantil;Modell: Kette mit dem schwchsten Glied

    - Baugrund: magebender Wert der Scherfestigkeit, Wichte etc. in der Regel aus vorsichtigemSchtzwert des Mittelwertes;Modell: parallel geschaltete, duktile Widerstnde

    Technische UniversittDarmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006

  • BODEN MECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.52

    Bemessungswert (Index d):Wert einer Einwirkung, einer Beanspruchung oder eines Widerstandes, der fr den Nachweis einesGrenzzustandes zugrunde gelegt wird. Der Bemessungswert wird aus den charakteristischenWerten ber einen Beiwert, den Teilsicherheitsbeiwert y, bestimmt.

    - Die charakteristischen Einwirkungen Fk bzw. Beanspruchungen Ek werden mit einem Teilsicher-heitsbeiwert YFvergrert: Fd = YF' Fk bzw. Ed = YF . Ek

    - Die charakteristischen Widerstnde Rk werden mit einem Teilsicherheitsbeiwert YR abgemindert:Rd = Rk/YR

    1.5.2 Geotechnische Kategorien (GK)

    Die Mindestanforderungen an Umfang und Qualitt geotechnischer Untersuchungen, Berech-nungen und berwachungsmanahmen sind in der DIN 4020 beschrieben. Sie werden nachdem Schwierigkeitsgrad der Konstruktion, der Baugrundverhltnisse sowie der zwischen ihnenund der Umgebung bestehenden Wechselwirkungen in die drei Geotechnischen Kategorien (GK)unterteilt:

    GK 1

    GK 2

    GK 3

    GeringerSchwierig-keitsgrad

    MittlererSchwierig-keitsgrad

    HoherSchwierig-keitsgrad

    Einfache Baumanahmen bzw. Bauwerke bei einfachen, bersichtlichenBaugrundverhltnissen, so dass die Standsicherheit und Gebrauchstaug-lichkeit mit vereinfachten Verfahren aufgrund von Erfahrungen nachge-wiesen werden kann.

    Baumanahmen bzw. Bauwerke und Baugrundverhltnisse, die eineingenieurmige Bearbeitung und einen rechnerischen Nachweis derStandsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auf Grundlage von geo-technischen Kenntnissen und Erfahrung verlangen.Es ist ein geotechnischer Entwurfsbericht zu erstellen.

    Baumanahmen bzw. Bauwerke und Baugrundverhltnisse, die nicht indie Geotechnischen Kategorien GK 1 Und GK2 eingeordnet werdenknnen und die eine ingenieurmige Bearbeitung und einen rechne-rischen Nachweis der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit aufGrundlage von zustzlichen Untersuchungen und von vertieften geo-technischen Kenntnissen und Erfahrungen im jeweiligen Spezialgebietverlangen. Baumanahmen oder Bauwerke, bei denen die Beobachtungs-methode angewendet werden soll, sind in die Geotechnische KategorieGK 3 einzustufen (auer begrndete Ausnahmen).Es ist ein geotechnischer Entwurfsbericht zu erstellen.

    Tabelle 1:

    11/2006

    Geotechnische Kategorien (GK)

    Technische UniversittDarmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.53

    1.5.3 Grenzzustnde (GZ)

    Im Erd- und Grundbau wird wie im brigen konstruktiven Ingenieurbau unterschieden zwischendem - Grenzzustand der Tragfhigkeit (GZ 1)

    - Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZ 2)Durch die Gegenberstellung der Bemessungswerte der magebenden Einwirkungen (Fd) bzw.Beanspruchungen (Ed) und der magebenden Widerstnde (Rd) muss nachgewiesen werden,dass diese Grenzzustnde mit ausreichender Wahrscheinlichkeit nicht erreicht werden.

    Der Grenzzustand der Tragfhigkeit eines Bauwerkes ist nachgewiesen, wenn die sog.Grenzzustandsbedingung s, :::;;Rd erfllt ist (GZ 1B, GZ 1C).

    GZ 1A Grenzzustand des Verlustes derLagesicherheit

    Versagen durch Gleichgewichtsverlust ohne Bruch, z.B.:

    AufschwimmenHydraulischer GrundbruchAbhebenNachweis der zulssigen Lage der Sohldruckresultierenden ("Kippen")

    Die Bemessungswerte der stabilisierenden (Gd) und destabilisierenden (Fd)Einwirkungen werden einander gegenbergestellt. Widerstnde tretennicht auf.

    mit Ydst ~ 1; Yst ::;;1

    GZ 1B Grenzzustand des Versagensvon Bauwerken und Bauteilen

    Versagen von BauwerkenlBauteiien durch Bruch im Bauwerk oder Bruchdes sttzenden Baugrundes, z.B.:

    Materialversagen von BauteilenGrundbruchGleitenVersagen des Erdwiderlagers

    Nachweis:

    GZ 1C

    GZ 2

    Grenzzustand des Verlustes derGesamtstandsicherheit

    Grenzzustand derGebrauchstauglichkeit

    Versagen des Baugrundes, ggf. einschlielich der Bauwerke, durch Bruchim Boden/Fels, z.B.:

    BschungsbruchGelndebruch

    Nachweis: s, ::;;Rd

    d.h. hierbei werden die geotechnischen Einwirkungen und Widerstnde(z.B. Erdruck, Erdwiderstand) mit den Bemessungswerten der Scher-festigkeiten ermittelt.

    berschreitung der fr die Nutzung eines Bauwerkes festgelegtenBedingungen ohne Verlust der Tragfhigkeit, z:B.:

    VerschiebungenVerdrehungen

    Tabelle 2: Grenzzustnde (GZ)

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.54

    1.5.4 Einwirkungen und Widerstnde

    Einwirkungskombinationen (EK):sind Zusammenstellungen der an den Grenzzustnden des Bauwerks beteiligten, gleichzeitig

    mglichen Einwirkungen nach Ursache, Gre, Richtung und Hufigkeit:

    Stndige sowie whrend der Funktionszeit desEK 1 Regel-Kombination Bauwerks regelmig auftretende vernderliche

    Einwirkungen.

    1= k" ') Seltene Kombination Auer den Einwirkunqen der Regel-Kombination1-1'-. L..seltene oder einmalige planmige Einwirkungen.

    Auer den Einwirkungen der Regel-KombinationEK 3 Auergewhnliche Kombination eine gleichzeitig mgliche auergewhnliche

    Einwirkung, insbesondere bei Erdbeben,Katastrophen oder Unfllen.

    Tabelle 3: Einwirkungskombinationen (EK)

    Sicherheitsklassen bei Widerstnden (SK):bercksichtigen den unterschiedlichen Sicherheitsanspruch bei den Widerstnden in Abhngigkeit

    von Dauer und Hufigkeit der magebenden Einwirkungen:

    SK 1 Auf die Funktionszeit des Bauwerks angelegte Zustnde

    SK 2 Bauzustnde bei der Herstellung oder Reparatur des Bauwerks und Bauzustndedurch Baumanahmen neben dem Bauwerk

    SK 3 Whrend der Funktionszeit einmalig oder voraussichtlich nie auftretende Zustnde

    Tabelle 4: Sicherheitsklassen bei Widerstnden (SK)

    Lastflle (LF):ergeben sich fr den Grenzzustand GZ 1 aus den Einwirkungskombinationen in Verbindung mit

    den Sicherheitsklassen bei den Widerstnden:

    EK 1 EK 2 EK 3 nach DIN 1055-100:2001-03,9.3 (1):

    SK 1 LF 1 LF 2 LF 1: "stndige Bemessungssituation"

    SK 2 LF 2 LF 3 LF 2: "vorbergehende Bemessungssituation"

    SK 3 LF 3 LF 3: "auergewhnliche Bemessungssituation"

    Tabelle 5: Lastflle (LF)

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.5 - 5

    Teilsicherheitsbeiwerte fr Einwirkungen und Beanspruchungen:

    Formel-Lastfall

    Einwirkungzeichen

    LF 1 LF 2 LF 3

    GZ 1A: Grenzzustand des Verlustes der Lagesicherheit

    Gnstige stndige Einwirkungen YG,Stb 0,95 0,95 0,95

    Ungnstige stndige Einwirkungen YG,dst 1,05 1,05 1,00

    Ungnstige vernderliche Einwirkungen YO,dst 1,50 1,30 1,00

    Strmungskraft bei gnstigem Untergrund YH 1,35 . 1,30 1,20

    Strmungskraft bei ungnstigem Untergrund YH 1,80 1,60 1,35

    GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen

    Beanspruchungen aus stndigen Einwirkungen YG 1,35 1,20 1,10allgemein (einschI. stndigem und vernderlichem Wasserdruck)

    Beanspruchungen aus stndigen Einwirkungen aus YE09 1,20 1,10 1,00Erdruhedruck

    Beanspruchungen aus gnstigen stndigen YG,inf 1,00 1,00 1,00Einwirkungen (nur im Sonderfall 8.3.4 (2))

    Beanspruchungen aus ungnstigen vernderlichen Yo 1,50 1,30 1,10Einwirkungen

    GZ 1C: Grenzzustand des Verlustes der Gesamtstandsicherheit

    Stndige Einwirkungen YG 1,00 1,00 1,00

    Ungnstige vernderliche Einwirkungen Yo 1,30 1,20 1,00

    GZ 2: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

    stndige Einwirkungen bzw. Beanspruchungen YG = 1,00

    vernderliche Einwirkungen bzw. Beanspruchungen Yo= 1,00

    Tabelle 6: Teilsicherheitsbeiwerte fr Einwirkungen und Beanspruchungen

    Zur Ermittlung des Bemessungswertes der Beanspruchung werden die charakteristischen

    Beanspruchungen mit den o.g. Teilsicherheitsbeiwerten multipliziert.

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen10/2008

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKSeite 1.5 - 6Einfhrung

    Teilsicherheitsbeiwerte fr Widerstnde:

    FormeI- LastfallWiderstandzeichen

    LF 1 LF 2 LF 3

    GZ 1B: Grenzzustand des Versagens von Bauwerken und Bauteilen

    Bodenwiderstnde

    Erdwiderstand und Grundbruchwiderstand YEp' YGr 1,40 1,30 1,20Gleitwiderstand YGI 1,10Pfahlwiderstnde

    Pfahldruckwiderstand bei Probebelastung Ypc 1,20Pfahlzugwiderstand bei Probebelastung YPI 1,30Pfahlwiderstand auf Druck und Zug YP 1,40aufgrund von Erfahrungswerten

    Verpressankerwiderstnde

    Widerstand des Stahlzuggliedes YM 1,15Herausziehwiderstand des Verpresskrpers YA 1,10

    GZ 1 C: Grenzzustand des Verlustes der Gesamtstandsicherheit

    Scherfestigkeit

    Reibungsbeiwert tan

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung

    Entwicklung der Grundbau-Normen aus europischer und deutscher Sicht

    Seite 1.5 - 7

    Die Erarbeitung von Bemessungsnormen fr das Bauwesen in einem von der EU finanziertenund kontrollierten Programm wurde 1975 von der Kommission der Europischen Gemeinschaftbeschlossen. Parallel zu dem Eurocode-Programm wurden in den letzten Jahren neue nationaleBemessungsnormen beruhend auf dem Teilsicherheitskonzept der Eurocodes (EC) fr denkonstruktiven Ingenieurbau und die Geotechnik in Deutschland erarbeitet.

    Normenrechtliche Ziele der Mitgliedslnder der EU zur Harmonisierung der nationalen undeuropischen Baunormen:

    - Einfhrung und Anwendung der Eurocodes in allen Mitgliedsstaaten der EUkeine konkurrierenden nationalen und europischen Normen (d.h, Zurckziehungnationaler Normen, die mit den europischen Normen konkurrieren)

    - Nationale Normen nur zulssig in Bereichen, die keine europische Norm regelt,und die keinen Widerspruch zu europischen Normen darstellen.

    Die parallel zum EC 7-1 erarbeitete und Ende 2004 bauaufsichtlieh eingefhrte DIN 1054 (2005)ist eine mit dem EC 7-1 konkurrierende nationale Norm und muss nach einer bergangsfristzurckgezogen werden.

    Die nachfolgende Abbildung zeigt den ungefhren Zeitplan der weiteren Entwicklung des EC 7-1und der DIN 1054:

    periode ....~,I EC 7-1 1:::>:

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung Seite 1.61

    1.6 Literatur

    [1] Bernatzik, W. Baugrund und Physik - Schweizer Druck- u.Verlaghaus, 1947

    [2] Brich-Hansen, J.; Hauptprobleme der BodenmechanikLundgren, H. Springe~Verlag, 1960

    [3] Caquot, A; Grundlagen der BodenmechanikKerisel, J. Springe~Verlag, 1967

    I [4] D!N-TaschenbuchNr.36Erd- und Grundbau, Hrsg.: DIN Deutsches Institutfr Normung e. V. 8. Aufl., Beuth-Verlag 1990

    [5] DIN-Taschenbuch Nr. 113Erkundung und Untersuchung des BaugrundsHrsg.: DIN Deutsches Institut fr Normung e. V.6. Auf!., Beuth-Verlag 1993

    [6] Grundbau-Taschenbuch Hrsg. Smoltzcyk, U.:4. Auf!. 1. Teil 1990,2. Teil 1991, 3. Teil 1992Verlag W. Ernst & Sohn

    [7] Gudehus, G. Bodenmechanik - Enke-Verlag 1981

    [8] Kezdi, A Erddrucktheorien - Springer-Verlag, 1962

    [9] Kezdi, A Handbuch der Bodenmechanik, Band I-IVVEB Verlag fr Bauwesen, 1969

    [10]Lang, H.-J.; Bodenmechanik und Grundbau- 4. Auf!.Huder, J. Springer-Verlag, 1990

    [11] Prinz, H. Abri der Ingenieurgeologie - 2. Auf!.Enke Verlag, 1991

    [12] Schultze, E.; Bodenuntersuchung fr IngenieurbautenMuhs, H. 2. Auf!. - Springer-Verlag, 1967

    [13] Terzaghi, K.; Theoretische BodenmechanikJelinek, R. Springe~Verlag, 1954

    [14] Terzaghi, K.; Die Bodenmechanik in der BaupraxisPeck, R. Springe~Verlag, 1961

    [15] Wittke, W. Felsmechanik - Springer-Verlag, 1984

    [16] DIN 1054: 2005-01

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen11/2006

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKEinfhrung

    Fachzeitschriften

    - Bauingenieur- Bautechnik- Beton- und Stahlbetonbau- Canadian Geotechnical Journal- Felsbau- Geotechnical Testing Journal- Geotechnik- Geotechnique- Ground Engineering- Journal of Geotechnical Engineering- Revue Fran~aise de Geotechnique- Soils and Foundations- Straen + Tiefbau- TIS - Tiefbau, Ingenieurbau, Straenbau- Tunnel- Wasserwirtschaft

    Verffentlichungsreihen

    Seite 1.6,,2

    - CSRM- DGGT

    - ISSMFE

    - DIBt-NGI- SGI

    Canadian Society of Rock MechanicsDeutsche Gesellschaft fr Geotechnik e.V.,vormals Deutsche Gesellschaft fr Erd- und Grundbau e.V.International'Society of Soil Mechanics and FoundationEngineeringDeutsches Institut fr BautechnikNorwegian Geotechnical InstituteSwedish Geotechnical Institute

    (DGEG)

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.1 - 1

    22.1

    BodenphysikStruktur der Bden

    Boden und Fels - Begriffsdefinitionen

    B 0 d e n im bautechnischen Sinne lst die oberflchennahe nicht verfestigte Zone derErdkruste. Die Bestandteile sind miteinander nicht oder nur in so geringem Maemineralisch verkittet, da die Verkittung die Eigenschaften des Bodens nicht prgt(lILockergestein") .Fe I s ist jene Zone der Erdkruste, deren Bestandteile miteinander mineralisch festverkittet sind. Seine Eigenschaften werden durch diese Verkitturig sowie durch Systemevon Trennflchen bestimmt (lIFestgestein").

    Mineralaufbau

    Der Mineralbestand ist durch die Entstehungsgeschichte der Bden bestimmt und meistin einzelnen Krnungsbereichen unterschiedlich. In grobkrnigen Bden, die durchmechanische Venvitterung entstanden sind, berwiegen Mineralien der gebirgsbildendenGesteine: z. B. Quarz, Feldspat, Glimmer, Kalk, Dolomit.Feinkrnige Bden, vornehmlich jene der Korngren < 0,006 rnrn, enthalten darberhinaus durch chemische Verwitterung entstandene Tonminerale. Die Tonminerale sindAlurninlurn-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 DIW fOHI

    At' Od~rt1g /-

    Ton-Mineral

    SI-o~ Ieooeaer-(Jnned

    .tff1 OAfaedcr-{JIlIJeJlL:i)ff

    Struktur-Symbol Btodung

    Si-Tetraeder-SchichtOktaeder-Schichtmit Al als Kation (Gibbs.it)Oktaeder-Schichtmil Mg als Kallen (Brccir]

    Basenaustausch-vermgen Farm des Minerals

    (rn

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

    Kornform und Kornrauhigkeit

    Man unterscheidet die Kornformen: kugelig, gedrungen. prismatisch, plattig, stb chen-frmig, plttchenfrmig sowie die Kornrauliigkerten: scharfkantig, kantig, rundkantig.gerundet, glatt.

    Bei g r 0 b k rn i g e n B den sind Kornform und Kornrauhigkeit von der Gesteinsartsowie der Transport. und Verwitterungsgeschichte abhngig. Das gedrungene Korn ber-wiegt. Zunehmender Transportweg fhrt zur Rundung der Kanten und Glttung des Korns.Verwitterung kann die Kornrauhigkeit wieder steigern. Bei fe i n k r n i gen B denist die Kornform allein von der Mineralart abhngig. Quarz, Kalk und Dolomit sindgedrungenbis prismatisch, Tonminerale in der Regel plttchenfrmig, Halloysit stbchen-frmig.

    Seite 2.1 - 2

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

    Kornfonnen,1. ku gelrg , ~. gedrungen,3. prismatisch, 4. plattig,5. stbchenfrmig, 6. plttchenfrmig

    Gefge des Bodens

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

    Die Art, wie die Bodenkrner sich aneinander fiigen , ist von der Entstehung des Bodenssowie der Gre und der Art der Krner abhngig. Bei Kies und Sandkorn sowie beiKorngren des Grobschluffes treten molekulare Anziehungskrfte und elektrischeLadungskrfte gegenber dem Eigengewicht zurck. Sedimentierende Krner rollen indie Hohlrume bereits abgelagerter Teilchen und bilden ein Ein z el kor n ge fg e .

    Tonmineralien, die arn Rand positiv, an ihren Seiten negativ geladen sind, rollen anein-ander nicht mehr ab, sondern haften mit Ecke oder Kante an den Seitenflchen andererTeilchen und bilden so ein kartenhausartiges Gefge (W a ben ge f g e). In dieserForm lagern sich Swassersedimente ab.Im Salzwasser bilden sich bereits beim Sedimentieren aus mehreren flchig haftendenTeilchen bestehende Aggregate, die gemeinsam absinken und eine noch lockerereF 10 c k enge f g e aufbauen; OIe Flockenbildung wird unter anderemdurch hohe ,t;lektrolyt-KonzentratlOn, hone Temperatur und geringe Wasserstoff-Ionen-konzentration (saures Verhalten) des Wassers begnstigt.Lockere Strukturen knnen auch in Verwitterungsbden durch Auslaugungen entstehen(Hydrolyse).Bei Zusammendtckung regeln sich die Teilchen des Kartenhauses oder der Flockenbevorzugt senkrecht zur Druckrichtung, durch Scherbeanspruchung parallel zu den Gleit-flchen ein.

    l 1 J[inzelkom Woben flocken

    Gefge des Bodens 1. Einzelkorngefge2. Wabengefge 3. Flockengefge

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2-1

    2.22.2.1

    Mehrphasensystem BodenPorenanteil und Porenzahl

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

    Feststoffflssige Phase, i.a. Wassergasfrmige Phase, i.a. Luft

    Porenanteil:

    Porenzah!:

    Sltigungszahl:

    Volumen der Poren Va + vF V"n ~----

    Gesamtvolumen V V

    Volumen der Poren Va + VF V;e -----Volumen der Festmasse V. V.

    Volumen der flssigen Phase VFS - =-r Volumen der Poren Vp

    Der Zusammenhang von Porenanteil und Porenzahl

    en=--

    1 + eQs

    Porenzahl

    Porenanteil

    Psew =w Pw

    en

    l-n

    Fr die sttigungszahl Srsystem vor.

    1,0 liegt ein Zweiphasen-

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.22

    2.2.2 Dichten und Wichten

    Die Korndichte [Js ist die auf das Kornvolumen einschlielich etwa eingeschlossenerHohlrume bezogene Masse der Krner

    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 Verhltnis der Masse des feuchten Bodens zumVolumen des Bodens einschlielich der mit Flssigkeit und Gas gefllten Poren genannt,

    mfI) = V'

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

    9d = V

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 3

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

    Bodenart gut gooignetVsrllhron

    ungQcigne(

    ohne Grobkorn

    bindigar Bodenmit "Grobkorn

    Fein- bi:sMlrtefsande

    Ausstechavllnder-und allu enderenVerfahren

    .l1e Ersatzverfahren

    Ausarechzvtinder-Verfahren

    keine

    Auastechavllnder-Vorfahren

    keine

    nichtbindiger.Boden Kles-Sand-Gernis ch

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

    sandarmer Kies

    Steine und Blcke mit geringen Beimengen

    Balton-, Was.serersa tz-, Glpsersarz-Verfahren

    ~chrfgrubenfWasserersatz-

    Verfahr~n

    Ausstechzvllnder-Sandarsatz-Verfahren,Betonl tersa tz-Verfahren

    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 Bodensl+w

    , = (1 - n) 's . (1 + w) = 1 + e ISn = Porenanteil, e = Porenzahl

    'd =Wichte des trockenen Bodens (Trockenwichte)1

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

    Ir = Wichte des wassergesttigten Bodens

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

    " = Wichte des Bodens unter Auftrieb

    IS + e IW

    1 + e

    IS - IW1 + e

    Man erhlt clie Wichte durch Umrechnung der versuchstechnisch ermitteltenDichte p (in g/cm") in kN/m 3 Die Wichte des Bodens wird fr Lastannahmenzur Berechnung von Erdauflasten, Erddruck, Grundbruch, Setzungen und Massen-verlagerungen bentigt.

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.2 - 4

    2.2.3 Lagerungsdichte

    Die Kenntnis des Porenanteils n oder der Trockendichte Pd gengt nicht zur Be-urteilung, ob ein Boden locker, mitteldicht oder dicht gelagert ist. Hierzu mssendie Extremwerte fr den Porenanteil oder die Trockendichte bekannt sein undmit der natrlichen Lagerung verglichen werden.

    Lockerste Lagerung:rnin Pd

    max 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 innatrlicher Lagerung kann die Qualitt der natrlichen Lagerungsdichte von San-den und Kiesen in einheitlichen Bezeichnungen und Zahlenwerten ausgedrcktwerden. .

    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)

    Verdichtungsfhigkeit Ir:max e - min e

    rnin e

    Lagerungsdichte D nichtbindiger Bden

    Lagerung greichlrmige Bden (U< 3) u ngleichfrmige Bden (U> 3)

    sehr lockerlockermittel dichtdicht

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

    D ;;. 0,50

    D < 0,200,:20

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.25

    '.

    2.2.4 Wassergehalt

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

    W=

    Der Wassergehalt natrlicher Bden ist unter dem Grundwasser durch seine Porenzahlbestimmt.

    (JwW = e

    (Js

    2.2.5 Rechnerische Beziehungen zwischen Bodenkenngren

    z esuch reGrOe.n

    w; w; na=n-nw

    vo rzeae bene GrenPs Und Pw

    w ; Sr = 1; n.... =0 P(w)Wa..ssen:ehalt

    w(.eestlLt:ter

    Boden)n' Pw

    (l-n)p.!lPw

    .. -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.'(lwW '(ls + ()w

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    DichteP,

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    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3-1

    2.3 Benennung und Klassifikation von Bden

    Benennung nach DIN 4022 und DIN EN ISO 14688-1

    Mit Einfhrung der DIN EN ISO 14688-1 wird die Benennung, Beschreibung und Klassifizierung vonBden (direkt im Feld) anhand (einfacher) visueller und manueller Techniken international geregelt. Mitdem damit einhergehenden Ersatz der DIN 4022-1 zur "Benennung und Beschreibung von Boden undFels" werden im Wesentlichen die deutschen Bezeichnungen durch gleichwertige englische Begriffeersetzt. Es ist jedoch zu erwarten, dass trotz der Einfhrung der DIN EN ISO 14688-1 die Benennungvon Bden auch weiterhin nach DIN 4022 gebruchlich sein wird. Daher wird in diesem Kapitel dieBenennung nach DIN 4022 vorgestellt.

    Die Bezeichnungen der Bodenkrner anhand der Korngre nach DIN EN 14688-1 und DIN 4022-1sind folgender Tabelle zu entnehmen:

    Bereich(DIN EN ISO14688-1 )

    Benennung(DIN EN ISO14688-1 )

    Kurzzelehen(DIN EN ISO14688-1 )

    Kurzzelehen(DIN 4022-1)

    Korngrenberel eh[mm)

    manuelle Bestimmung

    Grie

    grer als Hhnereier

    < 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

    > 263> 20 63> 6,3 20> 2,0 6,3

    > 63 - 200

    > 6301---------..--.-.-------.---> 200 . 630 Kopfgre

    H

    HhnereiHaselnussErbse

    1 ..--..........+__...._",,-,1 Streichholzkopf

    ----t------+----t----------t----........--Igering plastisch 1)Itrocken: gut zu Staubizerdrckbar.feucht: mehlig, stumpf,brckelt;Im Wasser' wird leicht zuBrei, starke Trbung desWassers;

    ------+-------+-..--....--1-------..------+--------..- ..-.ausgeprgt plastischtrocken: nur zu zerbre-chen;feucht: seifig, glnzig,knetbar, vom Finger nurabzuwaschen;im Wasser: schwer auf-zuweichen, geringe Tr-bung des Wassers;

    groer Block LBosehr grobkrni- ~"-"".'-~< -~~~~-_...,_._~-- .--,--,._~-

    ger Boden Block Bo Y

    Stein Co X

    Kies Gr GGrobkies CGr gGMittelkies MGr mG

    grobkrniger Feinkies FGr fG

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

    Sand Sa SGrobsand CSa 9SMittelsand MSa mSFeinsand FSa fS

    ..

    ISchluff Si Ui

    GrobschluffI

    es gUMittelschluff MSi mUFeinschluff FSi fU

    .

    feinkrnigerBoden

    Ton CI T

    I1) Zur UnterseIleidung von Schluff und Ton ist auch der SchOttelversuch gut geeignet Wird ein feuchter Probenklumpen inder Hand geschttelt, tritt aus Schluff Wasser aus. Dieses wird nach dem Schtteln von der Probe wieder aufgenommen.

    Benennung der Bodenkrner nach ihrer Gre (nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN 4022-1)

    Technische Universitt Darmstadt Institut frWerkstoffe und Mechanik im Bauwesen0312009

  • alte8.0

    lJJ N ~CKrnungstinie CD ~ "Umw' ~z-0 .....Schlmmkorn Siebkorn CD' !!?, 3:

    Schluffkorn Sandkorn Kieskorn !Steine -"'m

    Feinstes c: 0. Fein- t MitteI- I Grob- Fein- t 1'1ittel- I Grob- Fein- t I'litle[- I Grob- .....

    "::I:

    -l QJ 2 3 {, 567891 2 3 {, 5 67891 2 3 t; 5 67891 2 3 (, 567891 2 3 4 5 6 789 0. 0 CD g'100 CD' ... Z0 QJ :-0" '/'G f V I 0 :::J:::T E fo- ce:::l ..... ,0-' ir" l:\)"~ 90

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    V C :::J CC L. W' 'r-

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 3

    2.3.2 Zustandsgrenzen

    Bei bindigen Bden bestimmt der WassergehaI t die Zu-standsform (Konsistenz) des Bodens, die fr dessen Trag-fhigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist. Die Zu-standsgrenzen (Atterberg f schen Grenzen) sind nach DIN18122 wie folgt definiert:

    Fliegrenze:

    Ausrollgrenze:

    Schrumpfgrenze:

    Bestimmung im Fliegrenzengertnach Casagrande

    Bestimmung im Ausrollversuch

    Berechnung durch

    Ws = (Vd -~ ) Qwmd Qs

    Vd Volumen des trocknenen Probekrpers in crrr'md Trockenmasse des Probekrpers 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 diePlastizittszahl I p beschrieben:

    I p = wL - Wp

    Konsistenzband

    Nach DIN 18196 wird der Plastizittsgrad nach der Flie-grenze bestimmt:

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

    leicht plastischmittelplastischausgeprgt plastisch

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik

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

    /ausgeprgt /V

    I plastische: Tone TAI

    leichtplastischeTone Tl

    Seite 2.3 - 4

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

    Plastizittsdiagramm mit Bodengruppen

    60 70 BO

    Plastizittsdiagramm nach Casagrande (DIN 18196)

    Die Zustandsform eines Bodens wird durch die Konsistenz-zahl I e beschrieben:

    Ie =

    Die Liquidittszahl I L ist die Ergnzung der Konsistenz-zahl zu 1:

    I p

    Den Zustands formen des plastischen Bereiches sind fol-gende Zahlenwerte von I L und I e zugeordnet:

    Zustandsform des h Jeplastischen Bereichsbreiig 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) Fliegrenze 2) Ausrollgrenze

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 5

    ..

    Die Aktivittszahl I A gibt das Verhltnis der Plastizittzum Tonanteil an und beschreibt die Art der Tonminerale:

    mT Trockenmasse der KrnerSO,OO2 mm in der Probemd Trockenmasse der KrnerS 0,4 mm in der Probe

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

    inaktiver Tonnormaler Tonaktiver Ton

    Fliegrenze und Aktivittszahl feinkrniger Bden:

    Erdstoff/Mineral wL IA[ %J [ - J

    Schluff (Quarzmehl )- 0

    Ton (Kao1in i t ) 70 0,4Ton (I 11 t t ) 100 0,9Ton (Ca-Montmorillonit) 500 1,5Ton (Na-Montmorillonit) 700 7

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    2.3.3 Benennung von Bden nach DIN4022

    Auszug aus DIN 4022, Teil 1 (1987)

    Die aus den Wassergehalten bei der Fliegrenze WL undAusrollgrenze wp abgeleitete Plastizittszahl

    Ip =WL- wplt 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 Bodenarten5.1 AllgemeinesFr das Benennen der Bodenarten werden In dieser Normentsprechende Unterscheidungsmerkmale angegeben(Kurzzeichen siehe OIN 4023). Diese ermglichen im allge-meinen eine hinreichend zutreffende Einordnung. Einegenaue Einordnung, die durch Korngrenanteiie, Konsi-stenzgrenzen 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 Plastizittsgrade wird der fein-krnige Boden in Plastizittsbereiche aufgeteilt, siehe Bild 3.In dem Zwischenbereich

    lv e: 0,73 (WL - 20) in %knnen feinkrnige Bden nur nach manuellen Versuchenaufgrund ihres Verhaltens dem Ton- oder Schluffbereichzugeordnet werden.

    5.4 Organische BestandteileDie Benennung von Bden 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 Anhaltspunktber den Humusgehalt gibt die Farbe nach Abschnitt 8.4 undder Ausquetschversuch nach Abschnitt 8.12.Der Zersetzungsgrad kann nur bei rein pflanzlichen Bestand-teilen 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 PlastizittsbereichePlastische Eigenschaften weisen Bden auf, an denen derKnetversuch, siehe Abschnitt 8.7, ausgefhrt und an denendie Zustandsgrenzen bestimmt werden knnen.Anmerkung: Bden mit plastischen Eigenschaften werden

    auch bindige Bden genannt.Die Unterscheidung der Plastizittsbereiche und dieBenennung nach Schluff oder Ton erfolgt nach dem Trocken-festigkeitsversuch (siehe Abschnitt 8.5), dem Knetversuch(siehe Abschnitt 8.7) und dem Schneideversuch (sieheAbschnitt 8.9). Es werden' unterschieden:- leicht plastisch- mittel plastisch- ausgeprgt plastisch.Eine genaue Unterscheidung ist nur durch Laborversuche zurBestimmung der Fliegrenze WL und der Ausrollgrenze Wpmglich,An jedem feinkrnigen Boden knnen der Wassergehall ander Fliegrenze WL und der Wassergehalt an der Ausroli-grenze wp bestimmt werden (siehe DIN 18122 Teil 1).Anhand des Wassergehaltes an der Riegrenze WL werdenfolgende Piastizittsgrade unterschieden:- leicht plastisch unte. 35 in "10- mittel plastisch 35 bis 50 in "10- ausgeprgt plastisch ber 50 in %

    5.2 Komgrenbereiche bei mineralischem BodenDer Grobkornbereich (auch Siebkorn genannt) wird nachTabelle 1 benannt. Hierzu ist das Verfahren in Abschnitt 8.1angegeben. Zur genauen Benennung sind Laborunter-suchungen nach DIN 18123 durchzufhren.Bei der Benennung im Feinkornbereich (Schluff und Ton) wirddie Bodenart nicht allein nach den Korngren unter-schieden, da die bautechnischen Eigenschaften dieserBodenarten auch von den plastischen Eigenschaftenbestimmt werden.

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 7

    Tabelle 1. Komgrenbereiche

    Kurz- KorngrBenbereichElereichlBenennung zeichen mm

    Blcke y ber 200

    Steine X ber 63 bis 200

    Kieskorn G ber 2 bis 63Grobkorn- Grobkies gG ber 20 bis 63

    bereich Mittelkies mG ber 6,3 bis 20(Siebkorn) Feinkies fG ber 2,0 bis 6,3

    Sandkorn S ber 0,06 bis 2,0Grobsand gS ber 0,6 bis 2,0Miltelsand mS ber 0,2 bis 0,6Feinsand fS ber 0,06 bis 0,2

    SchluHkorn U ber 0,002 bis 0,06Feinkorn- Grobschluff gU ber 0,02 bis 0,06bereich Miltelschiuff mU ber 0,006 bis 0,02

    (Schlmm- Feinschluff fU ber 0,002 bis 0,006korn)

    unter 0,002Tonkorn (Feinstes) T

    %TO6020

    i ToneI

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

    Zwischenbereich /" ,/ I I--l--~-~ I 13035I 40 ~

    leiehr plastisch miHelplastisch I ausgeprgt plastisch

    50

    %

    40

    1 30~:croN~~: 20Vlro

    0:::

    10TI-41-

    00 10

    FlieOgrenze wL--

    Plastizittsdiagramm 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 AnleileOrganische 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. .estJmmung des Zemetzungsgrades bei nassen

    Torten durch den Ausquetschvernuch

    Pamemasem

    nur"wenigeResta vnnPflanzen, lastkein Rucl:~nd

    rein organisch

    mit anorganischenBestandteilendurchsetzt

    bildet mit anorgani-schen BestandteilenOberboden(Mutterboden)

    AbgepreBlns

    Merkmale

    klares bisbbes Wasser

    Pflanzen-strukturunim Tori

    peu11icileltennbar

    kaum odernicht mahrerkennbar

    pflanzliche Reste

    pflanzliche undtierische Reste

    pflanzliche Reste,lebende Organismenund deren Ausschal-dungen

    Mudde

    Toil,

    Humus

    Zersemnos-grad

    nicht bismig zersetzt

    stilrtbisvllig 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 Sammelbegriff-organisch 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 folnkmlgon NobflnnntoUen wird dem Adjektiv ~lonjo"oder .schlut11g" das Belwort ..achwach" oder "ntllrK" dannvorangesetzt, wenn sie von besondors geringem oder beson-ders starkem Einflu auf das Verhalten des Bodens sind.Derartlgo Unterscheidungen sind aber nur bel grobkrnigonBden und bel gemischlkrnigen Bden mglich, derenVerhalten nicht Vom Feinkornanteil geprgt wird.z, B. .Ktes. sandig, schwach schlufflg.

    .Sand, stark toniG, schwach teinkiesig",Bel feInkrnigen und gemischtkrnigen Bden, deren Verhal-ten Vom Foinkomanteil geprgt Ist, wird auch das Vorhanden"sein feinkrniger Nebenantee 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 ihrePlastizltlszahlen Ip Im Plastlzitlsdlagramm (siehe Bild 3)weniger als 3 % ber 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 grobkrnigen Bden zwei Korngrenbereiche mitetwa gleIchen Meuaerumteen 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 amstrksten vertretene Bodenartea) bei grobkrnigen Bden, deren Feinkornanteil (Schluff

    und/oder Ton) weniger als 5 % betrgt,b) bel gemischtkrnigen Bden, deren Feinkornanteil

    (Schlutt und/oder Ton) 5 bis 40 % betrgt, wenn dieser dasVerhalten des Bodens nicht bestimmt

    6.2.2 Heuptantellu6.2 ..2.1 Hauptanteil Ist entweder die Bodenart. die nachMassenanteil am strksten vertreten Ist, oder jene, die dIebestimmenden Eigenschaften des Bodens prgt

    6..2 Zusammengesetzte Bodenarten6.2.1 AllgemeinesZusammengesetzte Bodenarten werden mit .einern Sub-stantiv (Hauptwort) fr den Hauptante!l und mit einem odermehreren Adjektiven (Eigenschaftswrtern) fr die Neben-anteile bezeichnet. z, B. Kies, sandig; Ton. kiesig.

    6 Angaben tr das Benennen von Bodenarten6.1 Reine BodenartenReine Bodenarten bestehen nur aus einem Komqren-bereich nach Tabelle 1 und werden nach diesen benannt,z, B. Kies, Feinsand. Grobschturt.

    Anmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann nicht dasVerMalten .eines gcmischtkrnigen Bodens, wenn der Boden imTrockenfestigkeilsversuch (siehe Abschnitt 8.5) keineoder nur eine niedrige Trockenfesligkeit aufweistoder wenn er bei sinngemer Anwendung des Knet-versuches (siehe Abschnitt 8.7) keine Knetfhigkeitzeigt.

    In beiden Fllen wird die Benennung nach den Korngr8en-unterbereichen gewhlt. die in Abschnitt 5.2 den Grobkorn-bereich unterteilen, z, B. Kies, Sand, MItteikies, Feinsand.

    6.2..2.3 Der Hauptanteil ist die Bo denart, welche diebestimmenden EIgenschaften des Bodens prgt.a) bei feinkrnigen Bden, also bei Bden, deren Feinkorn-

    Massenanteil mehr als 40% betrgt,b} bei gemischtkrnigen Bden, wenn der Feinkorn-

    Massenanteil das Verhalten des Bodens bestlmmlAnmerkung: Das Feinkorn bestimmt dann das Verhalten

    eines gemischlkrnigen Bodens, wenn diesermindestens eine mittlere Trackentestigkelt nach demVersuch (siehe Abschnitt 8.5) aufweist und/oder knet-bar nach dem Versuch (siehe Abschnitt B.7) Ist.

    In beiden Fllen wird entweder die Benennung "Ton" oder.SchluH" gewhlt. Welche von diesen zutrifft, hngt nicht vander KorngrBenverteliung, sondern ausschlielich von denplastischen Eigenschaften des Feinkornanteils ab. Die Unter-scheidung zwischen Schluff und Ton erfolgt nach denAbschnitten 8.5, 8.7 und 8.9.Um einen .Ton" handelt es sich, wenn der Boden im Plastlzl-ttsdiagramm (siehe Bild 3) ber der A-Unie liegt und wenndie PlastizIttszahl Ip > 7 isL Liegt er unterhalb der A'Linieoder ist Ip < 4, so trifft die Benennung ..SchluH" zu.6.2.3 NebenantafteNebenanteil ist der Anteil an Feinkorn, der die bestimmendenEigenschaften des Bodens nicht prgt. Als Adjektiv dientdann Je nach den plastischen Eigenschaften "tonlg~ oder.schlufflg.Oie Adjektive der Nebenanieile werden in der ReihentotqeIhrer Bedeutung dem Substantiv des Hauplanteiles nach-ge"lolll;z, 8...Kies, sandig"

    "Feinkies, grob.:sandig"..Grobsand, mittel sandig, feinkiesig".Feinsand, schluHig"..SchluH, feinkiesig, grobsandjg~"Tan, mittelsandig",

    Sind grobkmlga Nebenentatla in besonders geringem undbesonders starkem Umfang vertreten, so wird dem Adjektivdas Belwer-t .3chwDChu oder ...!ltark" vorunqese trt.Ist die Krnungsllnie bekannt, so sind die Massennnleilegrobkrniger 8eimengungen zu benennenals ..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,

    cn(1);::+:(1)

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    OJOJ0g-O::lm"3- Z~.:s"'m

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    "beatlrnmande gen-echaften dee Badeneprgende 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"

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

    -gemischtkrnig, wenn -gemischtkrnig,- wenn Fein-gilt: 0< 0,06 mm zwischen komanteil prgend5 und 40 Gew.%...tJ.lllL '(Kriterium: Trockenfestig-Feinkornantell nicht keits- oder Knetversuchprgend (Kriterium: nach Kap. 8)Trockenfestigkeits- oder -nach Bestimmung der plast.Knetversuch nach Kap. 8) Eigenschaften Aus-

    -z.B. "Felnklea, Sand etc, wertunq des PlastlzitCHs-diagrammes, nach Bild 3(Kriterium: Plastizitts-zohl, A-Llnie)-

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

    nach Ma~Mnantell, ornetdrksten vertreteneBodenort

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

    -z.B:'Sand, stark tonig"

    feinkrnigo s 0,.06 mm

    z.B. tonlo"

    zusammengesetzte,8odenarten (6.2)

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

    -Versuche nach Kcp. 8 ,-Plastizittsdiagramm (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

    oOJcnm0..-

    --hc:....,

    :::J~~-

    -1(J)o:::r:::J)"ozr(J)C:::J

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 10

    2.3.4 Auszug aus DIN 4023Kurzzeichen, Zeichen und Farbkennzeichnungen fr Bodenarten undFels nach DIN 4022, Teil 1

    1 2 3 I 4 5 6 I 7Benennung Kurzzeichen Farbkennzeichnung

    Zeichen FarbzeichenBodenart Beimengung Farbname

    nachBodenart Beimengung DIN 6164Teil 1

    kiesig G Wo 0 0 o u0 ~IKies g 00 0000'0' 00 0"' 00

    1,0 0 0 ,IGrobkies grobkiesig gG gg 000 0 0 0gelb 2: 6 : 1

    Miltelkies miltelkiesig mG mg 10 0 0 0 0 I0 000 0o Q 01000000,/

    Feinkies feinkiesig fG fg 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 I00 0000Sand sandig S s r: ~:,,;,:,\~ :\;":1 I

    .' ....... : II, .... :1 IGrobsand grobsandig gS gs . . .. . !... . ..... .. .. !

    orange

    i6:6:2

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

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

    ISchluff schluffig U u oliv I 1 : 4: 5

    ~ - -d ! :Ton tonig T t violett I 14: 5: 4itorfig, I ---I iTorf, Humus humos H h du nkelbraun I 5: 2: 6!

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

    F - lila I 11 : 4: 4Mudde I,(Faulschlamm) ,

    organische- 0 -

    I-Beimengung !

    Auffllung A I A I i- - I -Steine la 0 0 oQo Q I isteinig X -x 0 0 0 gelb ! 2 : 6: 1o D (J 0 Ob

    I ~o ",00 1 IBlcke mit Blcken y y IR o o 0",'" gelb 2: 6: 1o lQ (JJ' zn 0Fels, allgemein Z - IZz Z Z Zz z I ,

    grn I 21 : 6: 5Fels, verwittert Zv - IZv LV LV Z I I

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 11

    1 2 3 4 I 5Farbkennzeichnung

    Farbzeichen

    Benennung Kurz- Zeichen Farbname nachzeichen DIN 6164

    Teil 1

    Mutterboden Mu I ~lu I gelbl ich braun 4:5:3Verwitteru ngslehm, Hanglehm L ~ grau N : 0: 5,5Hangschutt Lx ~ grau N : 0: 5,5Geschiebelehm Lg ~ grau N : 0: 5,5Geschiebemergel Mg ~ violettblau 15: 6 :4L L I~I~I~~II oliv 1 : 4: 5

    L lehm Ll V7~ oliv 1 : 4: 5Klei, Schlick KI I ~~-=-~~ I lila 11 : 4: 4Wiesenkalk, Seekalk, Seekreide, Kalkmudde Wk I ----" -" ---" I hellblau 17 : 5 : 2----"----" ---"Bnderton Bt ~~ violett 14: 5: 4Vulkanische Aschen V Iv

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

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

    Technische Universitt Darmstadt Institut fr Werkstoffe und Mechanik im Bauwesen03/2003

  • .BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 . 12

    1 2 3 4 I 5Kurz-

    FarbkennzeichnungBenennung Zeichen Farbzeichen

    zeichen Farbname nachDIN 6164Teil 1

    Fels, allgemein Z I Z I grn 21 : 6: 5Konglomerat, Brekzie Gst I o Z 01 gelb 2: 6: 1Sandstein S5t I z I orange 6:6:2Schluffstein Ust I z----- I oliv 1 : 4: 5Tonstein Tst I z- I violett 14: 5: 4Mergelstein Mst I Z-I I violettblau 15: 6: 4Kalkstein Kst I ZI I dunkelblau 17 : 5: 4Dolomitstein Ost I ZI I dunkelblau 17: 5: 4Kreidestein Krst I ZH I hellblau 17: 5 : 2Kalktuff Ktst I zn I hellblau 17 : 5: 2Anhydrit Ahst I ZA I gelbgrn 23: 6: 3Gips Gyst I ZV I gelbgrn 23 : 6 : 3Salzgestein Sast I ZD I gelbgrn 23 : 6; 3Verfestigte vulkanische Aschen (Tuffstein) Vst I zV I grau N : 0: 5,5Steinkohle Stk I Z~ I dunkelbraun 5: 2; 6Quarzit Q I ZV I rosa 9 : 3 : 2Massige Ersterrungsgesteine und Metamorphite Ma I z+ I rot 8:7:2(Granit, Gabbro, Basalt, Gneis)Blttrige, feinschichtige Metamorphite BI I Z~ I violett 14 : 5: 4(Glimmerschiefer, Phyllit)

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  • BODENMECHANIK UND FELSMECHANIKBodenphysik Seite 2.3 - 13

    ber der 'Sule Links der Sule Rechts der Sule

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

    oberhalb dasGrundwassers

    B3 : Bohrung Nr3

    Kl [Xl NN +111,,8 = Bohrkern aus 5,2 m ~ = breiigTiefe: NN + 114,8 mBK Bohr~ng tr Untersuchungen ausgewhlt=

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

    ( 1.1,.68) unter Gelnde angebohrt

    IJ = steil

    BP = Bohrung Imit durch-gehender y 8,9 = Grundwasserstand nach Beendigung derGewinnung (1.4.681 3h Bohrung oder bei nderung des Wasser-nichtgekernter spiegels nach seinem Antreffen jeweils IProben mit Angaben der Zeltdilferenz in = halbfestStunden (3") nach Einstellen oder

    Ruhen der Bohrarbeiten

    BuP = Bohrung

    11mit Gewinnung = testunvollstndiger