Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der...

58

Transcript of Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der...

Page 1: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,
200290
File Attachment
Thumbnailjpg

Gerd Moumlller

GeotechnikBodenmechanik

3 Auflage

GeotechnikBodenmechanik

Gerd Moumlller

3 Auflage

Professor Dr-Ing Gerd Moumlller Fregestr 37 12161 Berlin Titelbilder Verschiedene Bohrkerne Geopartner Dr Volker Eitner Grafische Darstellung eines Gelaumlndebruchs der Fa GGU Prof Dr-Ing Johann Buszlig Effektive Vertikalspannungen infolge Fundamentbelastung Ergebnis der FEM-Software Plaxis 2D M Eng Dipl -Ing Dennis Morauf Zwei Triaxialpruumlfstaumlnde der Fa Stenzel Prof Dr-Ing Moumlller Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uumlber httpdnbd-nbde abrufbar copy 2016 Wilhelm Ernst amp Sohn Verlag fuumlr Architektur und technische Wissenschaften GmbH amp Co KG Rotherstraszlige 21 10245 Berlin Germany Alle Rechte insbesondere die der Uumlbersetzung in andere Sprachen vorbehalten Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form ndash durch Fotokopie Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren ndash reproduziert oder in eine von Maschinen insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen verwendbare Sprache uumlbertragen oder uumlbersetzt werden All rights reserved (including those of translation into other languages) No part of this book may be reproduced in any form ndash by photoprinting microfilm or any other means ndash nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme daszlig diese von jedermann frei benutzt werden duumlrfen Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschuumltzte Kennzeichen handeln wenn sie als solche nicht eigens markiert sind Umschlaggestaltung stilvoll Waldulm Herstellung pp030 ndash Produktionsbuumlro Heike Praetor Berlin Druck und Verarbeitung Strauss GmbH Moumlrlenbach Printed in the Federal Republic of Germany Gedruckt auf saumlurefreiem Papier 3 Auflage Print ISBN 978-3-433-03155-1 ePDF ISBN 978-3-433-60800-5 oBook ISBN 978-3-433-60797-8

In Erinnerung an Professor Helmut Neumeuer

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 2: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Gerd Moumlller

GeotechnikBodenmechanik

3 Auflage

GeotechnikBodenmechanik

Gerd Moumlller

3 Auflage

Professor Dr-Ing Gerd Moumlller Fregestr 37 12161 Berlin Titelbilder Verschiedene Bohrkerne Geopartner Dr Volker Eitner Grafische Darstellung eines Gelaumlndebruchs der Fa GGU Prof Dr-Ing Johann Buszlig Effektive Vertikalspannungen infolge Fundamentbelastung Ergebnis der FEM-Software Plaxis 2D M Eng Dipl -Ing Dennis Morauf Zwei Triaxialpruumlfstaumlnde der Fa Stenzel Prof Dr-Ing Moumlller Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uumlber httpdnbd-nbde abrufbar copy 2016 Wilhelm Ernst amp Sohn Verlag fuumlr Architektur und technische Wissenschaften GmbH amp Co KG Rotherstraszlige 21 10245 Berlin Germany Alle Rechte insbesondere die der Uumlbersetzung in andere Sprachen vorbehalten Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form ndash durch Fotokopie Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren ndash reproduziert oder in eine von Maschinen insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen verwendbare Sprache uumlbertragen oder uumlbersetzt werden All rights reserved (including those of translation into other languages) No part of this book may be reproduced in any form ndash by photoprinting microfilm or any other means ndash nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme daszlig diese von jedermann frei benutzt werden duumlrfen Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschuumltzte Kennzeichen handeln wenn sie als solche nicht eigens markiert sind Umschlaggestaltung stilvoll Waldulm Herstellung pp030 ndash Produktionsbuumlro Heike Praetor Berlin Druck und Verarbeitung Strauss GmbH Moumlrlenbach Printed in the Federal Republic of Germany Gedruckt auf saumlurefreiem Papier 3 Auflage Print ISBN 978-3-433-03155-1 ePDF ISBN 978-3-433-60800-5 oBook ISBN 978-3-433-60797-8

In Erinnerung an Professor Helmut Neumeuer

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 3: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

GeotechnikBodenmechanik

Gerd Moumlller

3 Auflage

Professor Dr-Ing Gerd Moumlller Fregestr 37 12161 Berlin Titelbilder Verschiedene Bohrkerne Geopartner Dr Volker Eitner Grafische Darstellung eines Gelaumlndebruchs der Fa GGU Prof Dr-Ing Johann Buszlig Effektive Vertikalspannungen infolge Fundamentbelastung Ergebnis der FEM-Software Plaxis 2D M Eng Dipl -Ing Dennis Morauf Zwei Triaxialpruumlfstaumlnde der Fa Stenzel Prof Dr-Ing Moumlller Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uumlber httpdnbd-nbde abrufbar copy 2016 Wilhelm Ernst amp Sohn Verlag fuumlr Architektur und technische Wissenschaften GmbH amp Co KG Rotherstraszlige 21 10245 Berlin Germany Alle Rechte insbesondere die der Uumlbersetzung in andere Sprachen vorbehalten Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form ndash durch Fotokopie Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren ndash reproduziert oder in eine von Maschinen insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen verwendbare Sprache uumlbertragen oder uumlbersetzt werden All rights reserved (including those of translation into other languages) No part of this book may be reproduced in any form ndash by photoprinting microfilm or any other means ndash nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme daszlig diese von jedermann frei benutzt werden duumlrfen Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschuumltzte Kennzeichen handeln wenn sie als solche nicht eigens markiert sind Umschlaggestaltung stilvoll Waldulm Herstellung pp030 ndash Produktionsbuumlro Heike Praetor Berlin Druck und Verarbeitung Strauss GmbH Moumlrlenbach Printed in the Federal Republic of Germany Gedruckt auf saumlurefreiem Papier 3 Auflage Print ISBN 978-3-433-03155-1 ePDF ISBN 978-3-433-60800-5 oBook ISBN 978-3-433-60797-8

In Erinnerung an Professor Helmut Neumeuer

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 4: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Professor Dr-Ing Gerd Moumlller Fregestr 37 12161 Berlin Titelbilder Verschiedene Bohrkerne Geopartner Dr Volker Eitner Grafische Darstellung eines Gelaumlndebruchs der Fa GGU Prof Dr-Ing Johann Buszlig Effektive Vertikalspannungen infolge Fundamentbelastung Ergebnis der FEM-Software Plaxis 2D M Eng Dipl -Ing Dennis Morauf Zwei Triaxialpruumlfstaumlnde der Fa Stenzel Prof Dr-Ing Moumlller Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uumlber httpdnbd-nbde abrufbar copy 2016 Wilhelm Ernst amp Sohn Verlag fuumlr Architektur und technische Wissenschaften GmbH amp Co KG Rotherstraszlige 21 10245 Berlin Germany Alle Rechte insbesondere die der Uumlbersetzung in andere Sprachen vorbehalten Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form ndash durch Fotokopie Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren ndash reproduziert oder in eine von Maschinen insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen verwendbare Sprache uumlbertragen oder uumlbersetzt werden All rights reserved (including those of translation into other languages) No part of this book may be reproduced in any form ndash by photoprinting microfilm or any other means ndash nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme daszlig diese von jedermann frei benutzt werden duumlrfen Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschuumltzte Kennzeichen handeln wenn sie als solche nicht eigens markiert sind Umschlaggestaltung stilvoll Waldulm Herstellung pp030 ndash Produktionsbuumlro Heike Praetor Berlin Druck und Verarbeitung Strauss GmbH Moumlrlenbach Printed in the Federal Republic of Germany Gedruckt auf saumlurefreiem Papier 3 Auflage Print ISBN 978-3-433-03155-1 ePDF ISBN 978-3-433-60800-5 oBook ISBN 978-3-433-60797-8

In Erinnerung an Professor Helmut Neumeuer

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 5: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

In Erinnerung an Professor Helmut Neumeuer

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 6: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Vorwort

Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundeslaumlnder der Bundesrepublik Deutschland ausschlieszliglich das Konzept der globalen Sicherheiten mit dem das der Teilsicherheiten abgeloumlst wurde Bezuumlglich der bdquoMuster-Liste der Technischen Baubestimmungenldquo ging dieser Schritt ein-her mit der Abloumlsung rein Deutscher Normen durch Europaumlische Normen Die derzeit (2016) aktu-elle Liste enthaumllt fuumlr den Grundbau elf Normen von denen fuumlnf Europaumlische Normen sind Fuumlnf Deutsche Normen ergaumlnzen diese Europaumlischen Normen und nur eine Norm (DIN 4123) ist eine rein Deutsche Norm

Fuumlr die in der Praxis taumltigen Ingenieurinnen und Ingenieure ist dies verbunden mit dem Umstand dass zur gleichen Thematik oftmals mehrere Normen gleichzeitig zu beruumlcksichtigen sind Da das als wenig anwenderfreundlich zu bewerten ist wurden 2011 auf dem Gebiet der Geotechnik zwei Normen-Handbuumlcher veroumlffentlicht mit denen das Arbeiten mit den wichtigsten Normen erleich-tert werden soll Beide Baumlnde beinhalten jeweils drei Normen In Band 1 (Allgemeine Regeln) sind das DIN EN 1997-1 DIN EN 1997-1NA sowie DIN 1054 als ergaumlnzende Norm und in Band 2 (Erkundung und Untersuchung) DIN EN 1997-2 DIN EN 1997-2NA sowie DIN 4020 als ergaumln-zende Norm Insgesamt ist festzustellen dass der Seitenumfang der im jeweiligen Anwendungsfall zu beruumlcksichtigenden Normen enorm zugenommen hat und dass die bestehenden Normen immer wieder erneuert bzw ergaumlnzt werden Ein Beispiel hierfuumlr ist die Neuauflage von Band 1 im De-zember 2015 Sie wurde erforderlich da DIN 1054 inzwischen ergaumlnzt wurde Die seit Maumlrz 2014 in uumlberarbeiteter Form vorliegende DIN EN 1997-1 wurde in der Neuauflage allerdings nicht be-ruumlcksichtigt

Wie mit dem in diesem Jahr ebenfalls erscheinenden Teil bdquoGeotechnik Grundbauldquo wird mit dem vorliegenden Buch nicht zuletzt das Ziel verfolgt den Umgang mit dem aktuellen Regelwerk zu erleichtern Neben einer Vielzahl von Formeln Tabellen Grafiken Bildern und Verweisen auf zu beachtende Textstellen in Normen findet sich zusaumltzlich eine Reihe von Anwendungsbeispielen da auch im Berufsleben stehende Ingenieure Neues gern anhand von Fallbeispielen erarbeiten

Trotz des nicht unerheblichen Umfangs des Buches waren auch aus Kostengruumlnden Einschraumln-kungen bezuumlglich der Auswahl und der Behandlung der einzelnen Themengebiete erforderlich Wegen des damit verbundenen teilweisen Verzichts auf Vollstaumlndigkeit bzw Ausfuumlhrlichkeit wird an vielen Stellen auf weitergehende Literatur verwiesen

Anregungen und kritische Stellungnahmen meiner Leser begruumlszlige ich sehr denn erst durch das In-fragestellen und neue Uumlberdenken eroumlffnen sich Wege zur Verbesserung des Erreichten Berlin im Februar 2016 Gerd Moumlller

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 7: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Inhaltsverzeichnis

1 Einteilung und Benennung von Boumlden 1 11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 1 111 Bezeichnungen 1 112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen 2 113 Nutzung von Boden oder Fels 4 12 Normen und Kriterien zur Einteilung 4 13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7 131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden 7 132 Einteilung reiner Bodenarten 10 133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden 11 134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen 15 14 Einstufung in Boden- und Felsklassen 16 15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17 16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 20 161 Reibeversuch 21 162 Schneideversuch 21 163 Trockenfestigkeitsversuch 21 164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden 22 165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch) 22 166 Ausquetschversuch 22 167 Schuumlttelversuch 23

2 Wasser im Baugrund 25 21 Allgemeines 25 22 Regelwerke 26 23 Begriffe 26 24 Kapillarwasser 28 25 Porenwinkelwasser 30 26 Hygroskopisches Wasser 31 27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden 31 28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33 29 Grundwassermessstellen 35 210 Wasserdurchlaumlssigkeit von Boumlden 39

3 Geotechnische Untersuchungen 41 31 Untersuchungsziel 41 32 Regelwerke 42 33 Verantwortung fuumlr die Untersuchungen 42 34 Planung der Untersuchungen 42 35 Untersuchungsverfahren 43 36 Untersuchungen von Baugrund und Grundwasser 45 361 Voruntersuchungen 46 362 Hauptuntersuchungen 47 363 Baubegleitende Untersuchungen 48

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 8: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

X Inhaltsverzeichnis

364 Baugrund- und Bauwerksuumlberwachung nach der Bauausfuumlhrung 49 37 Untersuchungen von Boden und Fels als Baustoff 49 371 Voruntersuchungen 50 372 Hauptuntersuchungen 50 373 Baubegleitende Untersuchungen 51 38 Geotechnische Kategorien (GK) 51 381 Geotechnische Kategorie GK 1 51 382 Geotechnische Kategorie GK 2 52 383 Geotechnische Kategorie GK 3 54 39 Erforderliche Maszlignahmen 57 391 Geotechnische Kategorie GK 1 57 392 Geotechnische Kategorie GK 2 57 393 Geotechnische Kategorie GK 3 58 310 Geotechnischer Bericht 58 3101 Geotechnischer Untersuchungsbericht 59 3102 Aus- und Bewertung der geotechnischen Untersuchungsergebnisse 59 3103 Folgerungen Empfehlungen und Hinweise 60 311 Geotechnischer Entwurfsbericht 60

4 Bodenuntersuchungen im Feld 61 41 Allgemeines 61 42 Direkte Aufschluumlsse 61 421 Untersuchungszweck 61 422 Untersuchungsverfahren 61 423 Regelwerke 63 424 Richtwerte fuumlr Aufschlussabstaumlnde 63 425 Mindestwerte fuumlr Aufschlusstiefen 65 426 Schurf 70 427 Untersuchungsschacht 71 428 Untersuchungsstollen 71 429 Bohrung 72 4210 Verfahren zur Probenentnahme im Boden 74 4211 Probenentnahme mit Entnahmegeraumlten aus Schuumlrfen und Bohrloumlchern 78 4212 Darstellung von Aufschlussergebnissen 81 43 Sondierungen (indirekte Aufschlussverfahren) 83 431 Allgemeines 83 432 DIN-Normen 84 433 Rammsondierungen nach DIN EN ISO 22476-2 84 434 Drucksondierungen nach DIN EN ISO 22476-1 und -12 86 435 Bohrlochrammsondierungen nach DIN 4094-2 und DIN EN ISO 22476-3 89 436 Korrelationen zwischen Sondierergebnissen und Bodenkenngroumlszligen 91 437 Wahl des Sondiergeraumlts 96 438 Fluumlgelscherversuch (Felduntersuchung) 98 44 Plattendruckversuch 100 441 Untersuchungszweck und Versuchsbedingungen 100 442 DIN-Norm 101 443 Begriffe 101 444 Geraumlte fuumlr den Plattendruckversuch 101 445 Verformungsmodul E V 102 446 Bettungsmodul ks 104 45 Aussagekraft von Bodenuntersuchungen 105 46 Beobachtungsmethode 106

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 9: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Inhaltsverzeichnis XI

5 Untersuchungen im Labor 109 51 Mehrphasensysteme des Bodens 109 52 Korngroumlszligenverteilung 112 521 DIN-Normen 113 522 Siebanalyse 113 523 Schlaumlmmanalyse (Sedimentationsanalyse) 116 524 Siebung und Sedimentation 118 525 Kenngroumlszligen der Koumlrnungslinie 119 526 Filterregel von Terzaghi 120 527 Bodenklassifikation nach DIN 18196 und DIN EN ISO 14688-2 121 53 Wassergehalt 128 531 DIN-Normen 128 532 Definition des Wassergehalts 128 533 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen feuchter Boumlden 129 534 Mit w in Beziehung stehende Kenngroumlszligen gesaumlttigter Boumlden 130 535 Bestimmung des Wassergehalts durch Ofentrocknung 130 536 Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren 131 54 Dichte 132 541 DIN-Normen 132 542 Definitionen 132 543 Mit ρ und ρd in Beziehung stehende Kenngroumlszligen 132 544 Feldversuche nach DIN 18125-2 133 545 Laborversuche nach DIN EN ISO 17892-2 137 55 Korndichte 137 551 DIN-Normen 137 552 Definition der Korndichte 137 553 Bestimmung mit dem Kapillarpyknometer 138 56 Organische Bestandteile 140 561 DIN-Norm 140 562 Definition des Gluumlhverlustes 140 563 Versuchsdurchfuumlhrung und -auswertung 140 564 Bodenklassifikation nach DIN 18196 141 57 Kalkgehalt 142 571 DIN-Normen 142 572 Qualitative Bestimmung des Kalkgehalts 143 573 Bestimmung des Kalkgehalts nach DIN 18129 143 58 Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) 144 581 DIN-Normen 144 582 Qualitative Bestimmung der Konsistenzgrenzen 145 583 Definitionen 145 584 Bestimmung der Flieszliggrenze 146 585 Bestimmung der Ausrollgrenze 148 586 Bestimmung der Schrumpfgrenze 149 587 Bodenklassifikation nach DIN 18196 150 588 Plastische Bereiche und ansetzbarer Sohlwiderstand nach DIN 1054 152 59 Proctordichte (Proctorversuch) 153 591 DIN-Norm 153 592 Definitionen 154 593 Geraumlte fuumlr den Proctorversuch 154 594 Durchfuumlhrung und Auswertung des Proctorversuchs 155 595 Anforderungen aus Regelwerken an den Verdichtungsgrad DPr 159 510 Dichte nichtbindiger Boumlden (lockerste u dichteste Lagerung) 162

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 10: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

XII Inhaltsverzeichnis

5101 Regelwerke 162 5102 Definitionen und Einstufungen von Lagerungsdichten 162 5103 Dichte bei dichtester Lagerung (Ruumltteltischversuch) 166 5104 Dichte bei lockerster Lagerung (Einfuumlllung mit Trichter) 166 511 Wasserdurchlaumlssigkeit 169 5111 Allgemeines 169 5112 DIN-Normen 169 5113 Definitionen 169 5114 Beziehungen der Filtergeschwindigkeit zum hydraulischen Gefaumllle 171 5115 Temperatureinfluss 172 5116 Versuch im Versuchszylinder mit Standrohren 173 5117 Untersuchung in der Triaxialzelle (isotrope statische Belastung) 175 512 Einaxiale Zusammendruumlckbarkeit 176 5121 Allgemeines 176 5122 DIN-Normen 178 5123 Begriffe (nach DIN 18135) 178 5124 Kompressionsversuch (Oedometerversuch) 179 5125 Steifemodul 184 5126 Modellgesetz fuumlr Setzungszeiten 188 5127 Kompressionsbeiwert 189 513 Scherfestigkeit 190 5131 Allgemeines 190 5132 DIN-Normen 191 5133 Begriffe nach DIN 18137-1 191 5134 Rahmenscherversuch 195 5135 Triaxialversuch nach DIN 18137-2 198 5136 Auswertung des Triaxialversuchs 201 514 Einaxiale Druckfestigkeit 206 5141 DIN-Norm 206 5142 Definitionen 206 5143 Druck-Stauchungs-Diagramm 207 515 Charakteristische Werte von Bodenkenngroumlszligen 208 5151 Forderungen von DIN EN 1997-1 und DIN 1054 208 5152 Werte gemaumlszlig DIN 1055-2 209

6 Spannungen und Verzerrungen 215 61 Darstellungen 215 611 Koordinatensysteme 215 612 Spannungs- und Deformationszustaumlnde 217 613 Spannungstransformation in kartesischen Koordinatensystemen 218 62 Sonderfaumllle 219 621 Hauptspannungen 220 622 Ebene Spannungs- und Deformationszustaumlnde 221 623 Symmetrie- und Antimetrieebenen 222 63 Spannungs-Verzerrungs-Beziehungen 223 631 Stoffgesetze bei Hookeschem Material 223 632 Steifemodul Elastizitaumltsmodul und Schubmodul 225 633 Bilinear-elastische und nichtlineare Stoffgesetze 226 64 Rechnerische Druckspannungen im Baugrund 226 641 Eigenlast aus trockenem oder erdfeuchtem Boden 226 642 Totale und effektive Druckspannungen 227 65 Vereinfachungen zur Lastausbreitung 229

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 11: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Inhaltsverzeichnis XIII

66 Halbraum unter vertikaler Punktlast F 230 661 Spannungen und Deformationen nach Boussinesq 231 662 Spannungen nach Froumlhlich 233 67 Halbraum unter horizontaler Punktlast F 235 68 Halbraumspannungen infolge vertikaler Linienlast f 237 681 Spannungen nach Boussinesq 237 682 Spannungen nach Froumlhlich 238 69 Halbraumspannungen infolge horizontaler Linienlast f 238 610 Halbraumspannungen infolge vertikaler Streifenlast q 239 611 Halbraumspannungen unter schlaffen Rechtecklasten 240 612 Spannungen σz unter Eckpunkten schlaffer Rechtecklasten 241 613 Beiwerte fuumlr vertikale Normalspannungen des Halbraums 246 614 Spannungen σz infolge beliebiger Lasten 249

7 Berechnungsgrundlagen der aktuellen Normen 253 71 Allgemeines 253 72 Einwirkungen geotechnische Kenngroumlszligen Widerstaumlnde 254 721 Begriffe 254 722 Einwirkungen 255 723 Geotechnische Kenngroumlszligen 256 724 Widerstaumlnde 256 73 Charakteristische und repraumlsentative Werte 256 731 Charakteristische Werte 256 732 Repraumlsentative Werte 257 74 Grenzzustaumlnde 258 75 Bemessungssituationen und Teilsicherheitsbeiwerte 260 751 Allgemeines 260 752 Bemessungssituationen 260 753 Teilsicherheitsbeiwerte 261 76 Bemessungswerte 264 761 Allgemeines 264 762 Bemessungswerte von Einwirkungen 265 763 Bemessungswerte von geotechnischen Kenngroumlszligen 266 764 Bemessungswerte von Bauwerkseigenschaften 266 77 Rechnerische Nachweisfuumlhrung der Tragsicherheit 266 771 Verlust der Lagesicherheit (EQU) 267 772 Versagen im Tragwerk und im Baugrund (STR und GEO) 267 773 Versagen durch Aufschwimmen (UPL) 269 774 Versagen durch hydraulischen Grundbruch (HYD) 269 78 Beobachtungsmethode 270

8 Sohldruckverteilung 273 81 Allgemeines 273 82 Kennzeichnende Punkte und Linien 275 83 Bodenpressungen in der Sohlfuge nach DIN-Normen 275 831 Regelwerke 275 832 Gleichmaumlszligige Verteilung und ansetzbare Sohlwiderstaumlnde nach DIN 1054 276 833 Geradlinige Verteilung 281

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 12: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

XIV Inhaltsverzeichnis

84 Sohldruckverteilung unter Flaumlchengruumlndungen 289

9 Setzungen 291 91 Allgemeines 291 92 Regelwerke 291 93 Begriffe 292 94 Kennzeichnende Punkte und Linien 294 95 Elastisch-isotroper Halbraum mit Einzellast 294 96 Elastisch-isotroper Halbraum mit konstanter Rechtecklast σ0 296 97 Grenztiefe fuumlr Setzungsberechnungen 296 98 Halbraum mit konstanter Kreislast σ0 299 99 Grundlagen fuumlr Setzungsberechnungen nach DIN 4019 299 991 Erforderliche Berechnungsunterlagen 299 992 Sohl- und Baugrundspannungen 300 910 Zusammendruumlckungsmodul (Rechenmodul) E 300 9101 Module des linear-elastischen Halbraums 300 9102 Ermittlung von E aus Labor- und Feldversuchen 301 9103 Ermittlung von E aus Setzungsbeobachtungen 302 9104 Wahl von E fuumlr Setzungsberechnungen 302 911 Setzungsgleichungen nach DIN 4019 303 9111 Allgemeines 303 9112 Setzung der Eckpunkte schlaffer konstanter Rechtecklasten 304 9113 Setzung starrer Rechteckfundamente bei zentrischer Belastung 305 9114 Setzungen unter konstanter kreisfoumlrmiger Last 311 912 Gleichungen fuumlr Verdrehungen nach DIN 4019 312 9121 Allgemeines 312 9122 Setzungen bzw Verdrehungen rechteckiger Fundamente 314 9123 Verdrehung starrer Streifenfundamente 317 913 Indirekte Setzungsberechnung nach DIN 4019 318 9131 Ablauf der Setzungsermittlung 318 9132 Anwendungsbeispiel mit schlaffer konstanter Rechtecklast (nach [33]) 319 9133 Setzungen und Verdrehungen infolge lotrechter Baugrundspannungen 321 914 Setzungen infolge horizontaler Belastungskomponenten 322 9141 Ansatz waagerechter Lasten und Sohlspannungen 322 9142 Anwendungsbeispiel 323 915 Setzungen infolge von Grundwasserabsenkung 324 916 Berechnung des Zeitverlaufs von Setzungen 326 9161 Konsolidationssetzung 326 9162 Kriechsetzung 327 917 Setzungsproblematik bei Hochbauten 327 9171 Gegenseitige Beeinflussung 328 9172 Mulden- und Sattellage 330 9173 Setzungen bei inhomogenem Baugrund 330 918 Beanspruchungsveraumlnderungen infolge von Setzungen 330 919 Zulaumlssige Setzungsgroumlszligen 331

10 Erddruck 337 101 Allgemeines 337

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 13: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Inhaltsverzeichnis XV

102 Regelwerke 337 103 Angaben nach DIN 4085 337 1031 Begriffe 337 1032 Erforderliche Unterlagen 340 1033 Allgemeines zur Erddruckermittlung 340 104 Erdruhedruck 342 1041 Unbelastetes horizontales Gelaumlnde 342 1042 Unbelastetes geneigtes Gelaumlnde 343 1043 Erdruhedruck nach DIN 4085 344 105 Wirkungen der Stuumltzwandbewegung 347 1051 Erddruckkraumlfte 348 1052 Bruchfiguren 349 106 Zonenbruch nach Rankine 350 107 Linienbruch nach Coulomb 355 1071 Aktiver Erddruck 355 1072 Passiver Erddruck 356 108 Verallgemeinerung der Erddrucktheorie von Coulomb 357 1081 Aktiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 358 1082 Passiver Erddruck nach Muumlller-Breslau 359 1083 Aktiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 1084 Passiver Erddruck bei Boumlden mit Kohaumlsion 360 109 Aktiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 361 1091 Voraussetzungen der Berechnungsformeln 364 1092 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte aus Bodeneigenlast 366 1093 Verteilung des Erddrucks aus Bodeneigenlast 369 1094 Gleichmaumlszligig verteilte vertikale Last auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 372 1095 Vertikale Linien- und Streifenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 378 1096 Horizontale Linien- oder schmale Streifenlasten 380 1097 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 381 1098 Mindesterddruck 383 1010 Passiver Erddruck gemaumlszlig DIN 4085 384 10101 Formeln fuumlr Erddruumlcke und Erddruckkraumlfte infolge Bodeneigenlast 387 10102 Vertikale Flaumlchenlasten auf ebener Gelaumlndeoberflaumlche 392 10103 Erddruckanteil aus Kohaumlsion 395 10104 Mobilisierbare Erddruckkraft 398 1011 Grafische Bestimmung des Erddrucks nach Culmann 399 1012 Sonderfaumllle gemaumlszlig DIN 4085 401 10121 Verdichtungserddruck 401 10122 Silodruck 402 10123 Erddruck bei dynamischen Anregungen des Bodens 403 10124 Erddruck bei vertikaler Durchstroumlmung des Bodens 403 1013 Zwischenwerte des Erddrucks 404 10131 Erddruck zwischen aktivem Erddruck und Erdruhedruck 404 10132 Erddruck zwischen Erdruhedruck und passivem Erddruck 404

11 Grundbruch 405 111 Allgemeines 405 112 DIN-Normen 405 113 Begriffe 406 114 Einflussgroumlszligen und Modelle des Versagenszustands 406

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 14: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

XVI Inhaltsverzeichnis

115 Theorie von Prandtl 406 1151 Voraussetzungen 406 1152 Spannungs- und Winkelbeziehungen in den Rankine -Zonen 407 1153 Bedingungen in der Uumlbergangszone Prandtl -Zone 408 1154 Grundbruchformel nach Prandtl Loumlsung fuumlr die Uumlbergangszone 408 116 Verfahren von Buisman 410 117 Grundbruchsicherheit nach DIN 1054 und DIN 4017 411 1171 Allgemeines 411 1172 Anwendungserfordernisse 413 1173 Kenngroumlszligen des Baugrunds 413 1174 Nachweis der Grundbruchsicherheit gemaumlszlig DIN 1054 und DIN EN 1997-1 414 1175 Einwirkungen 414 1176 Grundbruchwiderstaumlnde 416 1177 Grundwerte der Tragfaumlhigkeitsbeiwerte und Formbeiwerte 417 1178 Lastneigungsbeiwerte 421 1179 Gelaumlndeneigungsbeiwerte 425 11710 Sohlneigungsbeiwerte 426 11711 Beruumlcksichtigung von Bermenbreiten 427 11712 Durchstanzen 428 11713 Abmessungen von Gleitkoumlrpern unter Streifenfundamenten 429

12 Gleiten und Kippen 433 121 Gleiten 433 1211 Allgemeines 433 1212 DIN-Normen 433 1213 Gleitsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 434 1214 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 437 1215 Maszlignahmen bei nicht erfuumlllter Gleitsicherheit 438 122 Kippen 438 1221 Allgemeines 438 1222 DIN-Normen 440 1223 Kippsicherheit von Flach- und Flaumlchengruumlndungen nach DIN 1054 440 1224 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 441 1225 Ungleichmaumlszligige Setzungen bei hohen Bauwerken 444

13 Gelaumlndebruch 445 131 Allgemeines 445 132 DIN-Normen 445 133 Begriffe nach DIN 4084 445 134 Erforderliche Unterlagen fuumlr Berechnungen gemaumlszlig DIN 4084 446 135 Sonderfall der ebenen Gleitflaumlche 447 136 Lamellenverfahren (schwedische Methode) 449 137 Berechnungen nach Normen 451 1371 Anwendungsbereich 451 1372 Grenzzustand Einwirkungen und Widerstaumlnde 452 1373 Grenzzustandsbedingung 454 1374 Arten der Bruchmechanismen und besondere Bedingungen 455 1375 Bruchmechanismen mit einem Gleitkoumlrper oder zusammengesetzt 456 1376 Lamellenverfahren mit kreisfoumlrmig gekruumlmmten Gleitlinien 457 1377 Lamellenfreie Verfahren mit kreisfoumlrmigen und geraden Gleitlinien 459 1378 Zusammengesetzte Bruchmechanismen mit geraden Gleitlinien 461 1379 Anwendungsbeispiele (mit Programm berechnet) 463

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 15: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

Inhaltsverzeichnis XVII

13710 Gebrauchstauglichkeit nach DIN 1054 und DIN 4084 466

14 Aufschwimmen 467 141 Maszlignahmen bei zu geringer Sicherheit gegen Aufschwimmen 468 142 Regelwerke 469 143 Grenzzustand des Aufschwimmens nach DIN 1054 469 1431 Allgemeines 469 1432 Nichtverankerte Konstruktionen 469 1433 Verankerte Konstruktionen 471 1434 Nachweis der Sicherheit gegen Aufschwimmen nach EAB 474

15 Methode der Finiten Elemente (FEM) 483 151 Allgemeines 483 152 Weggroumlszligenverfahren 484 1521 Vektoren des Gesamtmodells 485 1522 Einheitsknotenbewegungen am Gesamtsystem 486 1523 Biegestabelement 487 1524 Steifigkeitsmatrix des Gesamtsystems 495 153 Stoffgesetze 499 1531 Ebener Deformationszustand 501 1532 Ebener Spannungszustand 502 154 Scheibenelemente 503 1541 Einheitsbewegungen der Elementknoten 503 1542 Ansatzfunktionen fuumlr Elementverschiebungen 504 1543 Verzerrungs- und Spannungsvektor des Elements 506 155 Symmetrische und antimetrische Systeme 507 156 Anwendungsbeispiel 508 1561 Aufgabenstellung und Modellierung 508 1562 Berechnungsergebnisse am Gesamtmodell 509 1563 Berechnungsergebnisse am halben Modell 513 1564 Antimetrie und Superposition 515

16 Europaumlische Normung in der Geotechnik 517 161 Allgemeines 517 162 Deutsche und europaumlische Normung 517 163 Eurocode 7 519 1631 Nationaler Anhang (NA) 520 1632 Deutsche Normen und Empfehlungen die DIN EN 1997-1 ergaumlnzen 520 164 Europaumlische geotechnische Ausfuumlhrungsnormen 521 165 Weitere europaumlische geotechnische Normen 521 166 Bauaufsichtliche Einfuumlhrung 522

Literaturverzeichnis 525

Firmenverzeichnis 541

Stichwortverzeichnis 543

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 16: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

1 Einteilung und Benennung von Boumlden

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe

111 Bezeichnungen

Die nachstehenden Bezeichnungen sind zum Teil DIN EN ISO 14688-1 [119] und DIN EN ISO 14689-1 [121] entnommen

Magma glutfluumlssige gashaltige Gesteinsschmelze unterhalb der festen Erdkruste (Erstarrungskrus-te) magmatische Stroumlmungen koumlnnen tektonische Bewegungen der Erstarrungskruste (Faltungen Uumlberschiebungen Horizontalverschiebungen Kluumlfte Spalten usw) ausloumlsen

Sedimentation (Ablagerung) Absetzung von Gesteinsmaterial in bdquosekundaumlren Lagerstaumlttenldquo das durch Verwitterung zerstoumlrt (Frostsprengung Temperaturschwankungen chemische Einfluumlsse wie die von Salzen Saumluren Laugen usw biologische Einfluumlsse wie die von Kleinstlebewesen oder Pflanzenwurzeln) und durch Abtragungskraumlfte (Schwerkraft Wasser Wind Eis und Schnee) aus seiner bdquoprimaumlren Lagerstaumltteldquo (urspruumlnglichen Lagerstaumltte) fortbewegt wurde

Metamorphose Gesteinsumwandlung infolge gebirgsbildender Vorgaumlnge (Aumlnderung hoher Druumlcke und hoher Temperaturen aber keine Einschmelzung)

Fels (Festgestein) natuumlrlich entstandene Ansammlung konsolidierter verkitteter oder in anderer Form verbundener Mineralien die ein Gestein von groumlszligerer Druckfestigkeit oder Steifigkeit bilden als Boden

Trennflaumlchen Schicht- Kluft- Schieferungs- Stoumlrungs- Scherflaumlchen

Gebirge Fels einschlieszliglich Trennflaumlchen und Verwitterungsprofilen

Gestein vom Trennflaumlchengefuumlge begrenzter Fels Zu unterscheiden sind als Gesteinsarten ndash magmatische Gesteine

bull Plutonite (Tiefengesteine) innerhalb der Erdkruste erstarrtes und kristallisiertes Magma (z B Granit Diorit Gabbro)

bull Vulkanite (Ergussgesteine) z B durch Vulkanausbruumlche an die Erdoberflaumlche gelangtes und dort erstarrtes Magma (z B Basalt (Bild 1-1) Diabas Porphyrit vulkanisches Glas)

ndash Sedimentgesteine Truumlmmergesteine Ausscheidungssedimente organische oder organogene Ab-lagerungen wie z B Braunkohle Dolomitstein Kalkstein Kreidestein Mergelstein Salzge-stein Sandstein Steinkohle usw

ndash metamorphe Gesteine mechanisch und thermisch umgewandelte Gesteine wie Glimmerschiefer Gneis Granulit Marmor usw

Boden (Lockergestein) Gemisch mineralischer Bestandteile in Form einer natuumlrlich entstandenen Ablagerung aber fallweise organischen Ursprungs das sich mit geringem Aufwand separieren laumlsst und unterschiedliche Anteile von Wasser und Luft (fallweise anderen Gasen) enthaumllt Der Begriff wird auch fuumlr Auffuumlllungen umgelagerten Boden oder anthropogenes Material verwendet die aumlhnliches Verhalten aufweisen (z B zerkleinertes Gestein Hochofenschlacken und Flug-aschen) Zu Ursprung und Bildung von Lockergesteinen vgl auch [156] Anmerkung Boumlden weisen teilweise auch felsartiges Gefuumlge auf besitzen aber normalerweise ei-

ne geringere Festigkeit als Fels

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 17: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

2 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-1 Basaltsaumlulen in Island

(Foto Silke Burkhardt)

112 Erdaufbau Erdzeitalter und Gesteinsbildungen

In der Geotechnik zu behandelnde Problemstellungen betreffen durchweg Maszlignahmen im oberflauml-chennahen Bereich der Erdkruste (Bild 1-2) Neben der Einbindung der Baukonstruktionen in den Baugrund (vgl Abschnitt 113) ist dabei auch die Tiefe zu beruumlcksichtigen bis zu der der Boden durch das Bauwerk bzw die Baumaszlignahme noch nennenswert beeinflusst wird Im Regelfall liegt die entsprechende Gesamttiefe deutlich unter 100 m Aus Bild 1-2 geht hervor in welchem Ver-haumlltnis solche Tiefen zur Maumlchtigkeit der verschiedenen Erdzonen stehen

Bild 1-2 Erdaufbau in stark vereinfachter Form in der Literatur zu findende Abmessungen

weisen geringfuumlgige Abweichungen zu den angegebenen Zahlenwerten auf

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich die Bedingungen fuumlr die Bildung von Gesteinen immer wieder veraumlndert Tabelle 1-1 gibt entsprechende zeitliche Zuordnungen fuumlr den suumlddeutschen Raum an (die in Mill Jahren angegebenen Zahlen sind leicht gerundet) Fuumlr andere Raumlume gelten-de Gegebenheiten lassen sich z B bei den jeweiligen Geologischen Landesaumlmtern abfragen

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 18: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

11 Bodenmechanische und geologische Begriffe 3

Tabelle 1-1 Erdzeitalter und hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen im suumlddeutschen Raum (stark generalisiert) nach [153]

System (Formation)

Beginn (Mill Jahre)

Serie (Abteilung)

Stufe Hauptsaumlchliche Gesteinsbildungen

Qua

rtaumlr

26 Holozaumln Lockerboumlden Faulschlamm Moore

Torf

Pleistozaumln Loumlss Moraumlnen Schotter Baumlndertone Torf

Tertiaumlr 655 Miozaumln

Oligozaumln Mergel Sande Tone Konglomerate

Basalte Quarzite Flysch

Kreide 1455 Oberkreide Mergelstein Sandstein

Jura

1996

Malm (Weiszliger Jura)

Kalksteine Mergelsteine

Dogger (Brauner Jura)

Tonsteine Eisenoolithe Kalksteine Sandsteine

Lias (Schwarzer

Jura)

Wechselfolge aus Ton- Mergel- und Sandsteinen Kalksteinen und Schie-fertonen

Tria

s

251

Keuper

Oberer Keuper (Rhaumlt)

Tonstein Sandstein

Mittlerer Keuper (Gipskeuper)

Tonstein Gips Anhydrit Sandstein Steinmergel Dolomitstein

Unterer Keuper (Lettenkeuper)

Sandstein Mergelstein Dolomitstein

Muschelkalk

Oberer Muschelkalk

Kalk- und Mergelsteine Dolomitstein

Mittlerer Muschelkalk

Dolomitstein Tonstein Salzgesteine Gips

Unterer Muschelkalk

(Wellengebirge)

Kalkstein Dolomitstein Mergelstein

Buntsandstein

Oberer Buntsand-stein (Roumlt)

Tonsteine Gips

Mittlerer Bunt-sandstein (Haupt-

buntsandstein)

Sandsteine Tonsteine

Unterer Bunt-sandstein (Brouml-

ckelschiefer)

Sandsteine Tonsteine

Perm 299 Zechstein

Rotliegendes

Schiefertone Arkosesandsteine Kon-glomerate Tonsteine Mergelsteine Dolomitsteine Porphyre (Suumlddeutsch-land ohne Salzlager)

Karbon 359 Grauwacken Arkosesandsteine Porphyre Konglomerate Schiefertone

Devon 416 Schiefer Altpalaumlozoi-

kum 542 Granite Gneise

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 19: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

4 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

113 Nutzung von Boden oder Fels

Baugrund Boden oder Fels (einschlieszliglich aller Inhaltsstoffe wie z B Grundwasser Luft und Kontaminationen) in dem Bauwerke gegruumlndet oder eingebettet werden sollen bzw gegruumlndet oder eingebettet sind oder der durch Baumaszlignahmen beeinflusst wird (Bild 1-3)

Baustoff Boden oder Fels der bei der Errichtung von Bauwerken oder Bauteilen Verwendung fin-det (Bild 1-3)

Bild 1-3 Bezeichnungsveraumlnderungen infolge von

Baumaszlignahmen

Hinweis Zur Unterscheidung zwischen Boden (Lockergestein) und Fels (Festgestein) vgl auch Tabelle 5-32

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN 1997-1 1523 [100] bdquoBaugrundldquo definiert wird als Boden Fels und Auffuumlllung die vor Beginn der Baumaszlignahme vor Ort vorhanden sind

12 Normen und Kriterien zur Einteilung Die Klassifikation und Benennung von Boumlden erfolgt nach sehr unterschiedlichen Gesichtspunk-ten Dies laumlsst sich u a schon daran erkennen dass zu diesem Thema entsprechende Ausfuumlhrun-gen in so verschiedenen DIN-Normen wie ndash DIN 1054 [20] DIN 4023 [42] DIN 18196 [83] DIN 18300 [84] DIN 19682-1 [87] DIN

19682-2 [88] DIN 19682-12 [91] DIN EN 1997-1 [100] DIN EN ISO 14688-1 [119] DIN EN ISO 14688-2 [120] DIN EN ISO 14689-1 [121] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

zu finden sind Als Einteilungskriterien fuumlr die Boumlden dienen dabei z B ndash ihre Entstehung

bull Verwitterung (Zerstoumlrung der Gesteine durch physikalische chemische und biologische Vor-gaumlnge vgl Abschnitt 111)

bull Erosion (Abtragung) bull Frachtung (Transport) durch Wind (aumlolische Boumlden) Eis (glaziale Boumlden) oder Wasser (Ge-

roumlll- und Schwebfrachtung) bull Sedimentation (vgl Abschnitt 111)

ndash die Menge und der Zustand ihrer organischen Bestandteile (brennbar schwelbar) ndash die Groumlszlige und der Anteil ihrer Koumlrner

bull Siebkorn (Korngroumlszlige gt 0063 mm)

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 20: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

12 Normen und Kriterien zur Einteilung 5

bull Schlaumlmmkorn (Korngroumlszlige le 0063 mm) bull Korngroumlszligenverteilung

ndash ihre bodenmechanischen Eigenschaften wie bull Dichte bull Lagerungsdichte bull Korngroumlszligenverteilung bull Wasserdurchlaumlssigkeit bull Kohaumlsion bull Scherfestigkeit bull Zusammendruumlckbarkeit

ndash ihre Bearbeitbarkeit bull Loumlsen und Laden bull Foumlrdern bull Einbauen und Verdichten

ndash ihr unterschiedliches Verhalten bei Belastung bull Fels bull gewachsener Boden (Lockergestein) bull geschuumltteter (aufgeschuumltteter oder aufgespuumllter) Boden

ndash ihre Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke (Aufteilung in Gruppen mit annaumlhernd gleichem stofflichem Aufbau und aumlhnlichen bautechnischen Eigenschaften wie z B Scherfestigkeit Verdichtungsfaumlhigkeit Frostempfindlichkeit)

ndash ihre Erkennbarkeit bei Feldversuchen (auf der Baustelle) wie z B bull Bodenfarbe (Farbansprache mit oder ohne Farbtafeln Naumlheres siehe auch DIN 19682-1) bull Plastizitaumlt (Trockenfestigkeitsversuch Knetversuch siehe Abschnitte 163 und 165) bull Kalkgehalt (Auftropfen von verduumlnnter Salzsaumlure siehe Abschnitt 572) bull Konsistenz (Verformbarkeit des Bodens mit der Hand siehe Abschnitt 164)

Mit dem Bild 1-4 wird gezeigt wie eiszeitliche Frachtungsvorgaumlnge die Landschaft formen koumln-nen und dabei die Beschaffenheit des Bodens veraumlndern (glaziale Boumlden) Mit den nachstehenden Definitionen werden in Bild 1-4 verwendete Begriffe erlaumlutert

Drumlin (Plural Drumlins) zur Grundmoraumlnenlandschaft gehoumlrender laumlnglicher Huumlgel mit trop-fenfoumlrmigem Grundriss und einer Laumlngsachse die in Richtung der Eisbewegungslinie verlaumluft

Wallberg wallfoumlrmig sedimentiertes Material das vom Eis bewegt wurde

Kame (Plural Kames) Erhebung in einer glazialen Aufschuumlttungslandschaft die am Eisrand durch Ablagerung des vom Eis bewegten Materials gegen ein Widerlager (z B Toteisblock) entstanden ist

Soll (Plural Soumllle) kleines bdquoWasserlochldquo dessen Entstehung auf das Abschmelzen eines verblie-benen Toteisblocks zuruumlckzufuumlhren ist (von Moraumlnenmaterial uumlberdeckt war dieser fuumlr lange Zeit thermisch isoliert) und das vor allem in den Bundeslaumlndern Mecklenburg-Vorpommern und Bran-denburg zu finden ist (Bild 1-5)

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 21: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

6 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-4 Formung der Landschaft des Norddeutschen Tieflands durch das eiszeitliche Inlandeis

(aus [262]) a) geschlossene Eisdecke und ihr Vorland b) Zerfall der Eisdecke in der Abschmelzphase c) gegenwaumlrtige Landschaft (GmS = Grundmoraumlnensee ZbS = Zungenbeckensee

RS = Rinnensee StS = Endmoraumlnenstausee Dr = Drumlin Wb = Wallberg Ka = Kames Souml = Soumllle)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 22: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 7

In Tabelle 1-2 sind die drei letzten groszligen Eiszeiten (geologisch bdquoKaltzeitenldquo) im norddeutschen Raum hinsichtlich ihrer zeitlichen Abfolge zusammengestellt

Tabelle 1-2 Die drei letzten groszligen Eiszeiten im norddeutschen Raum (nach Angaben des Lan-desamtes fuumlr Bergbau Geologie und Rohstoffe des Bundeslandes Brandenburg Stand 2005)

Zeiten (in 103 Jahren vor der Gegenwart) Beginn Ende Dauer

Weichsel-Kaltzeit 115 102 1048 Saale-Kaltzeit 347 128 219 Elster-Kaltzeit 475 370 105

Bild 1-5 Soll in Mecklenburg-Vorpommern (durch Abschmelzen eines Toteisblocks entstanden)

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen

131 Kornstrukturen grob- und feinkoumlrniger Boumlden

Die mineralischen Partikel von Boumlden und insbesondere von natuumlrlich entstandenen (gewachse-nen) Boumlden sind bdquoKoumlrnerldquo mit unterschiedlichen Groumlszligen Formen und Materialbeschaffenheiten

Boumlden deren einzelne Koumlrner mit bloszligem Auge erkennbar sind (Sande Kiese Schotter usw) werden bdquogrobkoumlrnigldquo und vereinfachend bdquonichtbindigldquo oder bdquorolligldquo genannt (Bild 1-6) Neben un-terschiedlichen Formen mit Bezeichnungen wie z B bdquokugeligldquo bdquoplattigldquo und bdquostaumlbchenfoumlrmigldquo (Bild 1-7) weisen diese Koumlrner auch sehr verschiedene Oberflaumlchenstrukturen auf (Bild 1-7)

Boumlden die dadurch gekennzeichnet sind dass sich ihre einzelnen Koumlrner nicht mehr mit bloszligem Auge erkennen lassen (Tone Schluffe usw) werden als bdquofeinkoumlrnigldquo und bei Korngroumlszligen der Boumlden von unter asymp 002 mm vereinfachend als bdquobindigldquo oder bdquokohaumlsivldquo bezeichnet

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 23: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

8 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Bild 1-6 Einzelkornstruktur eines grobkoumlrnigen Bodens

(nach [244])

Im Gegensatz zu den grobkoumlrnigen (nichtbindigen) Boumlden weisen Tone Schluffe (Fein- und Mit-telschluffe) und bindige Mischboumlden (z B Mergel Lehm) plastische Eigenschaften auf

Bild 1-7 Bezeichnungen fuumlr Kornform (oben) und Kornrauigkeit (unten)

(nach [172] Kapitel 13)

Nach DIN EN ISO 14688-1 sind zur Bezeichnung der Kornform die in Tabelle 1-3 zusammenge-stellten Begriffe zu verwenden die in der Regel nur fuumlr Kies oder groumlberes Material benutzt wer-den

Tabelle 1-3 Begriffe fuumlr die Bezeichnung der Kornform (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 4)

Kornform Rundung Form Oberflaumlchenstruktur

scharfkantig kantig kantengerundet angerundet gerundet gut gerundet

kubisch flach (plattig) laumlnglich (staumlngelig)

rau glatt

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 24: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 9

a) b)

Bild 1-8 Waben- (a) und Flocken-struktur (b) von Tonen nach Terzaghi (aus [261])

Nach [172] Kapitel 13 neigen insbesondere in Wasser aufgeschlaumlmmte Tone beim Absinken da-zu sich mit ihren Einzelelementen im Suumlszligwasser in kartenhausartigen (wabenfoumlrmigen) und im Salzwasser in bandartigen (flockenfoumlrmigen) Strukturen abzulagern (Bild 1-8) Das durch weitere Materialauflagerungen entstehende Sediment weist im Bereich solcher Aggregationsformen sehr viel Hohlraum auf Insgesamt entstehen bei der Sedimentation mehr oder weniger dichte Gefuuml-gestrukturen wie sie in Bild 1-9 anhand einiger Beispiele gezeigt sind Hinsichtlich der Vorgaumlnge die die chemische Zusammensetzung des Wassers beeinflussen sowie der an den Teilchenoberflauml-chen auftretenden elektrischen Ladungskraumlfte und der auf die Teilchen wirkenden elektrostati-schen und molekularen Anziehungskraumlfte sei z B auf [17] und besonders auf [192] verwiesen

a) Kaolin b) Halloysit c) Montmorillonit

Bild 1-9 Rasterelektronische Aufnahmen von Tonmineralien (Bilder a b und c aus [170] Kapitel 15 und Bild d aus [192]) d) tafeliger Gibbsit bedeckt mit Haumlmatit

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 25: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

10 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

132 Einteilung reiner Bodenarten In Tabelle 1-4 wird die Einteilung und Benennung gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 42 von Boumlden mit Korngroumlszligen bis zu 630 mm und mehr gezeigt Die Einteilung definiert bdquoreineldquo Bodenarten die aus nur einem der aufgefuumlhrten Korngroumlszligenbereiche bestehen und nach diesem benannt werden (z B Kies (Gr) Grobsand (CSa) Feinschluff (FSi) Ton (Cl))

Tabelle 1-4 Einteilung und Benennung von Boumlden nach Korngroumlszligen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 1 Bemerkungen nach [41])

Bereich Benennung (Kurzzeichen)

Korngroumlszlige (in mm)

Bemerkungen

sehr grobkoumlrniger Boden

groszliger Block (LBo) gt 630 ndash Block (Bo) gt 200 bis 630 gt Kopfgroumlszlige Stein (Co) gt 63 bis 200 lt Kopfgroumlszlige

gt Huumlhnereier

grobkoumlrniger Boden

Kies (Gr)

Grobkies (CGr) Mittelkies (MGr) Feinkies (FGr)

gt 2 bis 63 gt 20 bis 63 gt 63 bis 20 gt 2 bis 63

lt Huumlhnereier gt Streichholzkoumlpfe lt Huumlhnereier gt Haselnuumlsse lt Haselnuumlsse gt Erbsen lt Erbsen gt Streichholzkoumlpfe

Sand (Sa)

Grobsand (CSa) Mittelsand (MSa) Feinsand (FSa)

gt 0063 bis 2 gt 063 bis 2 gt 02 bis 063 gt 0063 bis 02

lt Streichholzkoumlpfe aber Einzelkorn noch erkennbar

lt Streichholzkoumlpfe gt Grieszlig etwa Grieszlig lt Grieszlig aber Einzelkorn

noch erkennbar

feinkoumlrniger Boden

Schluff (Si) Grobschluff (CSi) Mittelschluff (MSi) Feinschluff (FSi)

gt 0002 bis 0063 gt 002 bis 0063 gt 00063 bis 002 gt 0002 bis 00063

Einzelkoumlrner mit bloszligem Auge nicht mehr erkennbar

Ton (Cl) le 0002

) Sand mit Korngroumlszligen le 01 mm und Grobschluff werden auch als bdquoMehlsandldquo bezeichnet

In Ergaumlnzung zu den Einteilungen in Tabelle 1-4 ist zu bemerken dass zwar alle Bodenteilchen mit Korngroumlszligen lt 0002 mm (lt 2 microm) in die Kategorie bdquoTonldquo eingeordnet werden Tone aber er-hebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Teilchengroumlszlige aufweisen koumlnnen Nach [192] liegen mitt-lere bdquoKorngroumlszligenldquo von ndash Kaoliniten zwischen 05 und 4 microm ndash Illiten Glaukoniten und Seladoniten lt 06 microm und ndash Montmorilloniten lt 02 microm Weiterhin ist darauf hinzuweisen dass die nach DIN EN ISO 14688-1 zu verwendenden Kurzzei-chen zur Benennung der Boumlden nicht mit den Kurzformen uumlbereinstimmen die in DIN 4023 fuumlr die zeichnerische Darstellung angegeben werden (bezuumlglich der entsprechenden Begruumlndung siehe DIN 4023 Anhang B) Gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ist sowohl die Verwendung der Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 als auch die der Kurzformen nach

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 26: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 11

DIN 4023 zulaumlssig Tabelle 1-5 zeigt eine entsprechende Gegenuumlberstellung dieser Kurzbezeich-nungen

Tabelle 1-5 Gegenuumlberstellung der zur Benennung von Boumlden zu verwendenden Kurzformen nach DIN 4023 und Kurzzeichen nach DIN EN ISO 14688-1 (nach DIN 4023 Tabelle B1)

Benennung des Bodens Kurzform DIN 4023 Kurzzeichen DIN EN ISO 14688-1

groszlige Bloumlcke ndash LBo Bloumlcke Y Bo Steine X Co Kies (Gr)

Grobkies Mittelkies Feinkies

G gG mG fG

Gr CGr MGr FGr

Sand Grobsand Mittelsand Feinsand

S gS mS fS

Sa CSa MSa FSa

Schluff Grobschluff Mittelschluff Feinschluff

U ndash ndash ndash

Si CSi MSi FSi

Ton T Cl

133 Einteilung zusammengesetzter Boumlden

Zusammengesetzte Boumlden sind Gemische aus reinen Bodenarten Da die zum jeweiligen Gemisch gehoumlrenden Bodenarten unterschiedlich groszlige Anteile an der Mischung aufweisen koumlnnen wird in DIN EN ISO 14688-1 431 unterschieden zwischen ndash Haupt- und Nebenanteilen Eine Bodenart stellt den Hauptanteil des zusammengesetzten Bodens dar wenn sie nach den Mas-senanteilen am staumlrksten vertreten ist bzw die bestimmenden Eigenschaften des Bodens praumlgt (vgl auch Tabelle 1-6)

Bei grobkoumlrnigen (Sand und Kies) und sehr grobkoumlrnigen Boumlden (Steine und Bloumlcke) entspricht der Hauptanteil der Kornfraktion die den Massenanteil am staumlrksten bestimmt Dies gilt auch fuumlr gemischtkoumlrnige Boumlden wenn deren Verhalten durch ihren Feinkorn-Massenanteil nicht bestimmt wird Bei feinkoumlrnigen Boumlden ist die Kornfraktion der Hauptanteil die das Verhalten des Bodens bestimmt Zur Unterscheidung in bdquosehr grobkoumlrnigldquo bdquogrobkoumlrnigldquo und bdquofeinkoumlrnigldquo koumlnnen die Definitionen von Tabelle 1-4 und Tabelle 1-7 verwendet werden

Nach den Erlaumluterungen (zu 42) des Nationalen Anhangs (NA) von DIN EN ISO 14688-2 defi-nieren sich die Hauptanteile von zusammengesetzten Bodenarten in zweierlei Form Im ersten Fall ist der Hauptanteil die nach Massenanteilen am staumlrksten vertretene Bodenart bei ndash grobkoumlrnigen Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn (Schluff undoder Ton) von lt 5

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 27: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

12 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden mit einem zwischen 5 und 40 liegenden Massenanteil an Fein-korn (Schluff undoder Ton) welche das Verhalten des gemischtkoumlrnigen Bodens nicht be-stimmt

Im zweiten Fall ist der Hauptanteil die Bodenart welche die bestimmenden Eigenschaften des Bo-dens praumlgt Dies gilt bei ndash feinkoumlrnigen Boumlden (Boumlden mit einem Massenanteil an Feinkorn von gt 40 vgl Tabelle 1-6) ndash gemischtkoumlrnigen Boumlden deren Feinkorn-Massenanteil das Verhalten des Bodens bestimmt Gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-1 432 bestimmt das Feinkorn dann nicht das Verhalten eines ge-mischtkoumlrnigen Bodens wenn der Boden im Trockenfestigkeitsversuch (vgl Abschnitt 163) kei-ne oder nur eine niedrige Trockenfestigkeit aufweist bzw wenn er beim Knetversuch (vgl Ab-schnitt 165) keine Knetfaumlhigkeit zeigt Hingegen ist von dem Bestimmen des Verhaltens eines gemischtkoumlrnigen Bodens durch das Feinkorn auszugehen wenn dieser mindestens eine mittlere Trockenfestigkeit aufweist undoder knetbar ist)

Eine Bodenart repraumlsentiert nach DIN EN ISO 14688-1 433 einen Nebenanteil wenn sie die be-stimmenden Eigenschaften des Bodens nicht praumlgt (siehe vorigen Absatz) ggf aber beeinflusst

Richtwerte zur Unterscheidung nach Haupt- und Nebenanteilen gemaumlszlig DIN EN ISO 14688-2 las-sen sich Tabelle 1-6 entnehmen

Tabelle 1-6 Richtwerte fuumlr die Einteilung mineralischer Boumlden anhand von Korngroumlszligenbereichen (nach DIN EN ISO 14688-2 Tabelle B1)

Korngroumlszligen-bereich

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 63 mm Massen-

Anteil der Korn-groumlszligenbereiche

le 0063 mm Massen-

Bodenart

Nebenbestandteil Hauptbestandteil

Kies 20 bis 40 gt 40

kiesig

Kies

Sand 20 bis 40 gt 40

sandig

Sand

Schluff + Ton (feinkoumlrnige Boumlden)

5 bis 15

15 bis 40

gt 40

lt 20 ge 20 lt 20 ge 20 lt 10

10 bis 20 20 bis 40

gt 40

schwach schluffig schwach tonig

schluffig tonig

tonig

schluffig

Schluff Schluff

Ton Ton

Zur Bezeichnung zusammengesetzter Boumlden und vor allem zur Hervorhebung ihrer Anteile an rei-nen Bodenarten sind nach DIN EN ISO 14688-1 und DIN EN ISO 14688-2 die nachstehenden Kennzeichnungen zu verwenden (zu beachten sind die Erlaumluterungen der Nationalen Anhaumlnge die-ser Normen) Zusaumltzlich werden hier auch die entsprechenden Angaben von DIN 4023 aufgefuumlhrt da deren Verwendung gemaumlszlig dem Nationalen Anhang von DIN EN ISO 14688-1 ebenfalls zulaumls-sig ist ndash Bezeichnung von Hauptanteilen mit

bull Substantiven (z B Kies Sand Grobsand Feinsand Schluff Feinschluff Ton) bzw

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 28: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 13

bull Groszligbuchstaben am Anfang des Kurzzeichens der Korngruppe und zur Erfassung der Stufun-gen bdquogrobldquo bdquomittelldquo und bdquofeinldquo (z B Gr Sa CSa FSa Si Cl oder gemaumlszlig DIN 4023 G S gS fS U T)

ndash Bezeichnung von Nebenanteilen mit bull Adjektiven (z B kiesig sandig grobsandig feinsandig schluffig tonig) die in der Reihen-

folge ihres Massenanteils den Substantiven der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B Kies sandig oder Feinkies grobsandig oder Schluff mittelsandig) bzw

bull Kleinbuchstaben (z B gr sa csa fsa si cl oder gemaumlszlig DIN 4023 g s gs fs u t) die in der Reihenfolge ihres Massenanteils den Kurzzeichen der Hauptanteile beigefuumlgt werden (z B saGr fuumlr Kies sandig oder csaFGr fuumlr Feinkies grobsandig oder msaSi fuumlr Schluff mittelsan-dig gemaumlszlig DIN 4023 ist die Schreibweise G s fuumlr Kies sandig oder fG gs fuumlr Feinkies grobsandig oder U ms fuumlr Schluff mittelsandig) bzw

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquoschwachldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit lt 15 Massenanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Boden gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders geringem Maszlige beeinflus-sen (z B schwach kiesig schwach sandig schwach grobsandig schwach feinsandig schwach schluffig schwach tonig)

bull den Kleinbuchstaben folgendem Apostroph bei schwachen Nebenanteilen (z B g s gs fs u t )

bull den Adjektiven vorgesetztem bdquostarkldquo wenn z B grobkoumlrnige Nebenanteile mit gt 30 Mas-senanteil in dem Gemisch vertreten sind oder feinkoumlrnige Nebenanteile in grobkoumlrnigem Bo-den gemaumlszlig Tabelle 1-7 das Verhalten des Bodens in besonders starkem Maszlige beeinflussen (z B stark kiesig stark feinkiesig stark sandig stark schluffig stark tonig)

bull einem Strich uumlber dem Kleinbuchstaben bei starken Nebenanteilen (z B ) bzw einem dem Kleinbuchstaben nachgestellten -Symbol (z B g s gs fs u t)

Tabelle 1-7 Einteilung zusammengesetzter Boumlden (ohne sehr grobkoumlrnige Anteile)

Gemischtkoumlrnige Boumlden

grobkoumlrnige Boumlden feinkoumlrnige Boumlden

Sande und Kiese mit Beimengungen

aus Ton und Schluff

Gemische aus Grob- und Feinkorn (Kies + Sand + Schluff + Ton)

Tone und Schluffe mit Beimengungen aus Sand und Kies

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) lt 5

Massenanteil desdas Bodenverhalten nicht bestimmenden Feinkorns

ge 5 bis le 40

Massenanteil desdas Bodenverhalten

bestimmenden Feinkornsge 5 bis le 40

Massenanteil des Feinkorns

(Schluff undoder Ton) gt 40

Mit den genannten Kennzeichen ergeben sich Bodenbezeichnungen wie z B (Hinweis in DIN EN ISO 14688-1 werden starke und schwache Nebenanteile nicht naumlher definiert)

Grobsand mittelsandig feinkiesig bzw msafgrCSa (nach DIN 4023 gS ms fg) Grobsand mittelsandig schwach kiesig bzw gS ms g Grobsand stark kiesig mittelsandig bzw gS ms bzw gS g ms Sand stark kiesig schwach schluffig bzw S u bzw S g u

Enthaumllt ein grobkoumlrniger Boden zwei reine Bodenarten (z B Mittelsand und Kies) mit etwa glei-chen Massenanteilen zwischen gt 40 und lt 60 ist er nach DIN 4023 mit

Mittelsand und Kies bzw mSG

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 29: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

14 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

und nach DIN EN ISO 14688-1 mit MittelsandKies bzw MSaGr

zu bezeichnen

Etwas andere Bezeichnungen als die bisherigen ergeben sich wenn das in Bild 1-10 gezeigte Drei-ecknetz auf zusammengesetzte Boumlden ohne Kiesanteile angewendet wird Dies ist u a auf die Verwendung des Begriffs bdquoLehmldquo zuruumlckzufuumlhren

Bild 1-10 Dreiecknetz der Public Roads Administration zur Bodenklassifizierung

(nach Terzaghi [261])

Anwendungsbeispiel Mit Hilfe des Dreiecknetzes aus Bild 1-10 ist ein Boden zu klassifizieren dessen Kornmasse zu 20 aus Sand zu 30 aus Schluff und zu 50 aus Ton besteht

Loumlsung Die Benutzung des Dreiecknetzes zeigt dass es sich bei dem zu klassifizierenden Boden um Ton handelt (Punkt A in Bild 1-10)

Neben den bisher angegebenen Begriffen zur Benennung von Boumlden sind in der Literatur und in der Praxis noch eine groszlige Anzahl weiterer Bezeichnungen zu finden Zu diesen gehoumlren z B

Geschiebemergel (Mg) in Eiszeiten durch Ablagerung entstandener kalkhaltiger bindiger Boden aus Geroumlll Kies Sand Schluff und Ton bestehende Mischung mit regelloser Struktur

Geschiebelehm (Lg) entspricht Geschiebemergel bei dem der Kalk durch Sicker- und Grundwas-ser ausgewaschen wurde

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 30: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

13 Einteilung nach Korngroumlszligen und organischen Bestandteilen 15

Lehm (L) bindiger Boden als Mischung aus Kies Sand Schluff und Ton (z B Verwitterungslehm Auelehm und Hanglehm)

Loumlss (Louml) vom Wind angewehtes gleichkoumlrniges zumeist hellbraunes Sediment mit hohem Anteil der Teilchengroumlszligen von 001 bis 005 mm und mit asymp 10 bis 20 Kalkanteil

Letten (Louml) Ton mit asymp 10 bis 40 Kalkanteil etwas lockerer als Ton praktisch undurchlaumlssig

Baumlnderton (Bt) in regelmaumlszligiger Folge abgelagertes Sediment im Schmelzwasserbecken des Glet-schervorlandes Baumlnderton weist in mm- bis cm-Dicke Jahresablagerungen auf die aus hellen Feinsand-Schlufflagen (Ablagerung im Sommer) und dunklen Ton-Schlufflagen (Ablagerung im Winter) bestehen

134 Einteilung von Boumlden mit organischen Bestandteilen

Boumlden koumlnnen vollkommen aus organischen Substanzen bestehen oder organische Stoffe als Bei-mengungen besitzen Organische Substanzen sind Uumlberreste pflanzlichen undoder tierischen Le-bens die im Boden verblieben sind und im Laufe der Zeit physikalischen und chemischen Um-wandlungsprozessen unterworfen wurden Humus Torf und Faulschlamm sind Beispiele fuumlr das Ergebnis dieser Prozesse

DIN 18196 unterscheidet anhand des Massenanteils an organischen Bestandteilen zwischen (siehe Tabelle 5-9) ndash organischen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft brenn- oder schwelbar) und ndash organogenen Boumlden (im getrockneten Zustand an der Luft weder brenn- noch schwelbar) Zu weiteren Unterscheidungen siehe Abschnitt 564 und DIN 18196

Wie bei den zusammengesetzten Bodenarten findet sich in der Praxis auch fuumlr Boumlden mit organi-schen Bestandteilen eine Vielzahl weiterer Bodenartnamen In diese Gruppe gehoumlren Begriffe wie (siehe auch Tabelle 1-8)

Mutterboden oder auch Oberboden (Mu) aus Kies- Sand- Schluff- und Tongemischen bestehende oberste Bodenschicht die auch Humus und Lebewesen enthaumllt

Mudde oder auch Faulschlamm (F) in Verlandungsgebieten von Gewaumlssern vorkommender orga-nischer Boden mit mineralischen Beimengungen

Schlick (Kl) am kuumlstennahen Meeresboden abgelagerter Tonschlamm (gemischt mit organischen Stoffen Schluff und Feinsand)

Klei (Kl) aumlltere verfestigte Schlickablagerung und typischer Boden fuumlr die Marsch (Schwemm-land an Kuumlsten und Fluumlssen)

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 31: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

16 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-8 Benennung und Beschreibung organischer Boumlden (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 2)

Benennung Beschreibung

faseriger Torf faserige Struktur leicht erkennbare Pflanzenstruktur besitzt gewisse Festigkeit

schwach faseriger Torf erkennbare Pflanzenstruktur keine Festigkeit des erkennbaren Pflanzen-materials

amorpher Torf keine erkennbare Pflanzenstruktur breiige Konsistenz

Mudde (Gyttja) pflanzliche und tierische Reste mit anorganischen Bestandteilen durchsetztHumus pflanzliche Reste lebende Organismen und deren Ausscheidungen bilden

mit anorganischen Bestandteilen den Oberboden (Mutterboden)

14 Einstufung in Boden- und Felsklassen Gemaumlszlig ihrem Zustand beim Loumlsen werden Boden und Fels nach [85] in die nachstehenden Klas-sen eingeteilt (in der aktuellen DIN 18300 wird auf diese Einteilung verzichtet) Die Einteilung gilt fuumlr die Klassen 2 bis 7 Klasse 1 wird als eigene Klasse gefuumlhrt Zusaumltzlich angegebene Gruppen-bezeichnungen (z B OH) sind DIN 18196 entnommen

Klasse 1 Oberboden Oberste Bodenschicht die nicht nur Kies- Sand- Schluff- und Tongemische sondern auch Hu-mus und Bodenlebewesen enthaumllt (OH)

Klasse 2 Flieszligende Bodenarten Bodenarten von fluumlssiger bis breiiger Beschaffenheit (Konsistenzzahl IC lt 05 nach DIN 18122-1 [65]) die das Wasser schwer abgeben (Hinweis nach DIN EN ISO 14688-2 waumlre die-ser Boden von breiiger bis sehr weicher Beschaffenheit) Nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren hierzu ndash organische Boumlden der Gruppen HN HZ und F sowie beim Loumlsen ausflieszligende und eine Konsistenzzahl von IC lt 05 aufweisende

ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL TM TA sowie organogene Boumlden und Bouml-den mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OT OH und OK sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT mit breiiger oder fluumlssiger Konsistenz sofern diese Boumlden beim Loumlsen ausflieszligen

Klasse 3 Leicht loumlsbare Bodenarten Nicht- bis schwachbindige Sande Kiese und Sand-Kies-Gemische mit le 15 Masseanteil an Schluff und Ton (Korngroumlszligen lt 0063 mm) und mit einem Masseanteil von le 30 an Steinen der Korngroumlszlige gt 63 mm und le 200 mm

Organische Bodenarten die nicht von fluumlssiger bis breiiger Konsistenz sind und Torfe Gemaumlszlig den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse ndash grobkoumlrnige Boumlden der Gruppen SW SI SE GW GI und GE ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash beim Ausheben standfest bleibende Torfe der Gruppe HN mit geringem Wassergehalt

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 32: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 17

Klasse 4 Mittelschwer loumlsbare Bodenarten Gemische aus Sand Kies Schluff und Ton mit einem Masseanteil von gt 15 an Korn mit Korngroumlszligen lt 0063 mm Weiche bis halbfeste bindige Bodenarten mit leichter bis mittlerer Plastizitaumlt und einem Masse-anteil von le 30 an Steinen Die ZTV E-StB 09 312 [270] zaumlhlen hierzu ndash feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen UL UM UA TL und TM ndash gemischtkoumlrnige Boumlden der Gruppen SU ST GU und GT ndash organogene Boumlden sowie Boumlden mit organischen Beimengungen der Gruppen OU OH und

OK

Klasse 5 Schwer loumlsbare Bodenarten Bodenarten gemaumlszlig der Klassen 3 und 4 die jedoch einen Masseanteil von gt 30 Steinen ent-halten sowie Bodenarten mit einem Masseanteil von le 30 an Bloumlcken mit Korngroumlszligen gt 200 mm und le 630 mm Ausgepraumlgt plastische Tone mit weicher bis halbfester Konsistenz (nach den ZTV E-StB 09 312 [270] gehoumlren in diese Klasse weiche bis halbfeste feinkoumlrnige Boumlden der Gruppen TA und OT)

Klasse 6 Leicht loumlsbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Felsarten die einen mineralisch gebundenen Zusammenhalt aufweisen gleichzeitig aber stark kluumlftig bruumlchig broumlckelig schiefrig oder verwittert sind sowie vergleichbare feste oder verfes-tigte Bodenarten deren Zustand z B auf Austrocknung Gefrieren oder chemische Bindungen zuruumlckzufuumlhren ist Bodenarten mit einem Masseanteil von gt 30 an Bloumlcken In diese Klasse gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash Fels der nicht in die Klasse 7 gehoumlrt ndash Bodenarten der Klassen 4 und 5 mit fester Konsistenz

Klasse 7 Schwer loumlsbarer Fels Felsarten mit einem mineralisch gebundenen Zusammenhalt und hoher Festigkeit die nur wenig kluumlftig oder verwittert sind sowie unverwitterter Tonschiefer Nagelfluhschichten verfestigte Schlacken und dergleichen Weiterhin gehoumlren hierzu Haufwerke aus groszligen Bloumlcken mit Korn-groumlszligen gt 630 mm Hierzu gehoumlren nach den ZTV E-StB 09 312 [270] ndash angewitterter und unverwitterter Fels mit Gesteinskoumlrpern die durch Trennflaumlchen begrenzt

sind und Rauminhalte gt 01 m3 besitzen ndash Halden mit verfestigter Schlacke

Hinweis In E DIN EN 16907-2 [118] wird fuumlr Erdarbeiten eine Basis zur Beschreibung und Klas-sifizierung von Boden und Fels als Erdbaumaterialien definiert die fuumlr die Bemessung Planung und Ausfuumlhrung verwendet werden kann

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 Die nachstehenden Tabellen sind DIN 4023 entnommen Als zwei von insgesamt vier Tabellen zeigen sie Vereinbarungen fuumlr die einheitliche Kennzeichnung wichtiger Boden- und Felsarten (auch zusammengesetzte Tabelle 1-10) wie sie in zeichnerischen Darstellungen (z B von Boh-rergebnissen) und im Schrifttum verwendet werden koumlnnen

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 33: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

18 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

Tabelle 1-9 Beispiele fuumlr Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr Boden- bzw Felsarten nach DIN EN ISO 14688-1 bzw DIN EN ISO 14689-1 (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Hauptanteil Nebenanteil Hauptanteil Nebenanteil

Farbname Farbmaszlig-zahlen nach DIN 6164-1

Bloumlcke mit Bloumlcken Y y gelb 2 6 1

Steine steinig X x gelb 2 6 1

Kies kiesig G g

gelb 2 6 1 Grobkies grobkiesig gG gg

Mittelkies mittelkiesig mG mg

Feinkies feinkiesig fG fg

Sand sandig S s

orange 6 6 2 Grobsand grobsandig gS gs

Mittelsand mittelsandig mS ms

Feinsand feinsandig fS fs

Schluff schluffig U u oliv 1 4 5

Ton tonig T t violett 14 5 4

Torf Humus torfig humos H h dunkelbraun 5 2 6

Braunkohle ndash Bk ndash dunkelbraun 5 2 6

Sandstein ndash Sst ndash orange 6 6 2

Kalkstein ndash Kst ndash dunkelblau 17 5 4

Mergelstein ndash Mst ndash violettblau 15 6 4

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 34: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

15 Kennzeichnungen nach DIN 4023 19

Tabelle 1-10 Beispiele von Kurzformen Zeichen und Farbkennzeichnungen fuumlr zusammenge-setzte Bodenarten und Sedimentgesteine sowie fuumlr nicht-petrographische Bezeich-nungen von Boden (nach DIN 4023)

Benennung Kurzformen Zeichen Farbkennzeichnung a

Farbname Farbmaszligzahlen

nach DIN 6164-1

Grobkies steinig gG x gelb 2 6 1

Feinkies und Sand fGS orange 6 6 2

Grobsand mittelkiesig gS mg orange 6 6 2

Mittelsand schluffig humos mS u h orange 6 6 2

Schluff stark feinsandig U fs oliv 1 4 5

Auffuumlllung A ndash ndash

Mutterboden Mu gelblichbraun 4 5 3

Verwitterungslehm Hanglehm L grau N 0 55

Loumlszliglehm Loumll oliv 1 4 5

Geschiebelehm Lg grau 15 6 4

Geschiebemergel Mg violettblau N 0 55

Klei Schlick Kl lila 11 4 4

Klei feinsandig Kl fs lila 11 4 4

Torf feinsandig schwach schluffig H fs u dunkelbraun 5 2 6

Mudde (Faulschlamm) F lila 11 4 4

Seekreide mit organischen Beimengungen Wk o hellblau 17 5 2

Sandstein schluffig Sst u orange 6 6 2

Kalkstein schwach sandig Kst s dunkelblau 17 5 4

Salzgestein tonig Sast t gelbgruumln 23 6 3

a Handelsbezeichnungen nach DIN 4023 Anhang A

Ein Anwendungsbeispiel fuumlr die Vereinbarungen aus Tabelle 1-9 und Tabelle 1-10 ist in Bild 1-11 gezeigt

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 35: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

20 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

fS Feinsand

H Torf

Mg Geschiebemergel

Bild 1-11 Baugrund unter einem geplanten Bauwerk

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren In DIN EN ISO 14688-1 5 werden mehrere Verfahren angegeben die auch im Feld durchfuumlhrbar sind und mit denen in einfacher Form sowie mit geringem Zeit- und Kostenaufwand Erkenntnisse zur Bestimmung der jeweils untersuchten Bodenart gewonnen werden koumlnnen Die angegebenen Verfahren dienen zur Bestimmung des Bodens bezuumlglich ndash seiner Korngroumlszlige ndash seiner Kornform ndash seiner mineralischen Zusammensetzung ndash seines Feinanteils (Auswaschversuch) ndash seiner Farbe ndash seiner Trockenfestigkeit (Trockenfestigkeitsversuch) ndash seiner Art als bindiger Boden (Schuumlttelversuch) ndash seiner Plastizitaumlt (Knetversuch) ndash seines Sand- Schluff- und Tongehalts (Reibe- und Schneideversuch) ndash seines Kalkgehalts ndash seiner Konsistenz Daruumlber hinaus werden Verfahren zur ndash Benennung und Beschreibung von organischen Boumlden (Riechversuch anorganische oder orga-

nische Natur eines Bodens) ndash Bestimmung des Zersetzungsgrads von Torf (Ausquetschversuch) ndash Benennung und Beschreibung vulkanischer Boumlden angegeben

Zusaumltzlich erwaumlhnt sei noch die Bestimmung der Bodenart mit der bdquoFingerprobe nach dem Feld-verfahrenldquo gemaumlszlig der vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeiteten DIN 19682-2

Ergaumlnzend ist darauf hinzuweisen dass in DIN EN ISO 14689-1 und dem zugehoumlrigen Nationalen Anhang Verfahren zum Beschreiben von Gesteinsarten zu finden sind Sie dienen z B zur ndash Erfassung der Veraumlnderlichkeit von Gestein infolge von geaumlnderten Wasserverhaumlltnissen oder

atmosphaumlrischen Verhaumlltnissen ndash Unterscheidung von Gesteinsgruppen anhand der Korngroumlszlige (durchschnittliche Groumlszlige der vor-

herrschenden Mineral- oder Gesteinsbruchstuumlcke) ndash Bestimmung des Kalkgehalts (Betropfen der Felsprobe mit verduumlnnter Salzsaumlure) ndash Abschaumltzung der einaxialen Druckfestigkeit in MPa (durch Anritzen mit Fingernagel oder Mes-

ser bzw durch Anschlagen mit Geologenhammer beachte DIN EN ISO 14689-1 Tabelle 5)

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 36: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 21

ndash Bestimmung der Koumlrnigkeit (Unterscheidung von bdquovollkoumlrnigldquo bdquoteilkoumlrnigldquo und bdquonichtkoumlrnigldquo) ndash Bestimmung der Mineralkornhaumlrte (zur Ermittlung der Haumlrtegrade 1 bis gt 6 werden moumlglichst

groszlige Einzelkoumlrner mit Fingernagel Messer oder Feile angeritzt bzw mit Stahl angeschlagen) Bituminoumlse und tonige Gesteine Faulschlammkalke und manche vulkanischen Gesteine koumlnnen mit Hilfe des Riechversuchs durch den fuumlr sie typischen Geruch erkannt werden

161 Reibeversuch

Zur Abschaumltzung der Sand- Schluff- und Tonanteile eines Bodens wird eine kleine Probemenge zwischen den Fingern zerrieben (evtl unter Wasser) Um dabei die interessierenden Bodenanteile erkennen zu koumlnnen ist von den nachstehenden Kriterien auszugehen

Toniger Boden fuumlhlt sich seifig an bleibt an den Fingern kleben und laumlsst sich auch im tro-ckenen Zustand nicht ohne Abwaschen entfernen

Schluffiger Boden fuumlhlt sich weich und mehlig an An den Fingern haftende Bodenteile sind in trockenem Zustand durch Fortblasen oder in die Haumlnde Klatschen problemlos entfernbar

Sandkornanteil ist erfassbar uumlber das Rauigkeitsgefuumlhl bzw das Knirschen und Kratzen (im Zweifelsfall Versuchsdurchfuumlhrung zwischen den Zaumlhnen) sowie uumlber die mit bloszligem Auge erkennbaren Einzelkoumlrner

162 Schneideversuch

Der Schneideversuch dient zur schnellen und einfachen Erkennung eines Bodens als Schluff oder Ton Dazu wird eine erdfeuchte Probe des Bodens mit einem Messer durchgeschnitten und anhand des Aussehens der frischen Schnittflaumlche seine Einordnung vorgenommen Eine ndash glaumlnzende Schnittflaumlche ist charakteristisch fuumlr Ton ndash stumpfe Schnittflaumlche entsteht bei Schluff bzw tonig sandigem Schluff mit geringer Plastizitaumlt

Zur noch rascheren Feststellung darf die Probenoberflaumlche nach DIN EN ISO 14689-1 59 auch mit dem Fingernagel eingeritzt oder geglaumlttet werden

163 Trockenfestigkeitsversuch Mit diesem Versuch laumlsst sich die Zusammensetzung des Bodens nach Art und Menge des Fein-kornanteils am Widerstand erkennen den eine getrocknete Bodenprobe gegen ihre Zerstoumlrung zwischen den Fingern entwickelt Dabei lassen sich relativ problemlos die in der folgenden Tabel-le 1-11 aufgefuumlhrten Faumllle unterscheiden

Tabelle 1-11 Ergebnisse von Trockenfestigkeitsversuchen (Bodenbeispiele nach [41])

Verhalten der Bodenprobe beim Versuch untersuchte Boumlden (Beispiele)

zerfaumlllt ohne oder bei geringster Beruumlhrung (keine Trockenfestigkeit) G S Gs zerfaumlllt bei leichtem bis maumlszligigem Fingerdruck (geringe Trockenfestigkeit) U Ufs fS G zerbricht erst bei erheblichem Fingerdruck und es verbleiben noch zusammenhaumlngende Bruchstuumlcke (mittlere Trockenfestigkeit) G S U

ist durch Fingerdruck nicht zerstoumlrbar (hohe Trockenfestigkeit) T Tu Ts G s

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 37: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

22 1 Einteilung und Benennung von Boumlden

164 Konsistenzbestimmung bindiger Boumlden

Als bdquobindige Boumldenldquo werden nach DIN EN ISO 14688-1 44 Boumlden bezeichnet die plastische Ei-genschaften aufweisen Da solche Boumlden in sehr unterschiedlichen Zustandsformen vorzufinden sind ist eine entsprechende Unterscheidung erforderlich Der hierfuumlr geeignete Versuch sieht die Bearbeitung einer Probe bindigen Bodens mit der Hand vor Das jeweilige Versuchsergebnis er-moumlglicht die Unterscheidung der Zustandsformen breiig beim Pressen des Bodens in der Faust quillt dieser durch die Finger weich Boden laumlsst sich leicht kneten steif Boden ist schwer knetbar aber in der Hand in 3 mm dicke Walzen ausrollbar ohne

dabei zu reiszligen oder zu zerbroumlckeln halbfest Boden broumlckelt und reiszligt beim Ausrollen in 3 mm dicke Walzen laumlsst sich aber erneut

zum Klumpen formen fest (hart) ausgetrockneter Boden der meist hell aussieht und sich nicht mehr kneten sondern

nur noch zerbrechen laumlsst Bei gering plastischen Boumlden laumlsst sich die Unterteilung nur annaumlhernd verwenden (vgl DIN EN ISO 14688-1 514)

Ergaumlnzend sei auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-5 41 [89] hingewiesen wonach bindige Boumlden die nachweislich im Grundwasserbereich liegen und einen trockeneren Zustand als breiig aufweisen verdichtet und wenig wasserdurchlaumlssig sind

165 Plastizitaumlt bindiger Boumlden (Knetversuch)

Die Plastizitaumlt bindiger Boumlden ist ein Maszlig fuumlr die Bearbeitbarkeit des Bodens Sie laumlsst sich mit dem Knetversuch bestimmen

Hierzu wird eine feuchte Bodenprobe auf einer glatten Oberflaumlche zu Walzen von asymp 3 mm Durch-messer ausgerollt Aus diesen werden Klumpen geformt die erneut ausgerollt werden Diese Vor-gehensweise ist so lange zu wiederholen bis sich die Probe wegen des Wasserverlustes nicht mehr ausrollen sondern houmlchstens kneten laumlsst Mit diesem Zustand ist die Ausrollgrenze erreicht (siehe auch Abschnitt 585)

Nach DIN EN ISO 14688-1 58 sind bei diesem Versuch unterscheidbar

geringe Plastizitaumlt die Bodenprobe kann nicht zu Walzen von asymp 3 mm Durchmesser ausge-rollt werden

ausgepraumlgte Plastizitaumlt die Bodenprobe laumlsst sich zu duumlnnen Walzen ausrollen

166 Ausquetschversuch

Zur Feststellung des Zersetzungsgrads von Torf wird ein nasses Torfstuumlck in der Faust kraumlftig ge-quetscht In DIN EN ISO 14688-1 512 wird der Zersetzungsgrad des Torfs gemaumlszlig Tabelle 1-12 unterschieden

Bei zu trockenem Torf ist der Ausquetschversuch nicht mehr durchfuumlhrbar der Torf muss dann nach dem Aussehen beurteilt werden Bei nicht bis maumlszligig zersetztem Torf zeigt die Probe erhebli-che Anteile von gut erhaltenen und erkennbaren Pflanzenresten Proben mit stark bis voumlllig zer-setztem Torf bestehen uumlberwiegend aus nicht mehr erkennbaren Pflanzenresten

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 38: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

16 Erkennung von Bodenarten mit Hilfe einfacher Verfahren 23

Hinsichtlich der Unterscheidung von Torfen nach Zersetzungsgraden bzw Zersetzungsstufen sei auch auf die vom Normenausschuss Wasserwesen erarbeitete DIN 19682-12 hingewiesen

Tabelle 1-12 Bestimmung des Zersetzungsgrads von nassem Torf durch Ausquetschen (nach DIN EN ISO 14688-1 Tabelle 5)

Begriff Zersetzungsgrad Quetsch-Ruumlckstaumlnde Abgepresstes

faserig kein deutlich erkennbar nur Wasser keine Feststoffe

leicht faserig maumlszligig erkennbar truumlbes Wasser lt 50 Feststoffe

nicht faserig voumlllig nicht erkennbar waumlssriger Brei gt 50 Feststoffe

167 Schuumlttelversuch Fuumlr schluffige Boumlden ist ihre Empfindlichkeit gegen Schuumltteln charakteristisch

Bei einem diesbezuumlglichen Versuch wird eine feuchte nussgroszlige Probe (zu trockene Proben sind vorher mit Wasser durchzukneten) auf der flachen Hand hin- und hergeschuumlttelt Tritt dabei an der Probenoberflaumlche Wasser aus nimmt diese ein glaumlnzendes Aussehen an Durch Fingerdruck laumlsst sich das Wasser wieder zum Verschwinden bringen Bei zunehmendem Fingerdruck zerkruumlmelt die Probe zwar die einzelnen Kruumlmel flieszligen bei erneutem Schuumltteln aber wieder zusammen so-dass der Versuch wiederholt werden kann

Anhand der Reaktionsgeschwindigkeit mit der das Wasser beim Schuumltteln bzw beim Druumlcken er-scheint bzw verschwindet kann unterschieden werden in

schnelle Reaktion rasches Ablaufen der beschriebenen Vorgaumlnge (Beispiele fS fSu Ufs Gu) langsame Reaktion Wasserhaut bildet bzw veraumlndert sich nur langsam (Beispiele Ut U St) keine Reaktion kein Ansprechen des Schuumlttelversuchs (Beispiele Tu T)

Anwendungsbeispiel Mit einer Bodenprobe wird gemaumlszlig DIN EN ISO 14 688-1 sowohl der Reibeversuch als auch der Schneide- und der Schuumlttelversuch durchgefuumlhrt

Beim Reibeversuch fuumlhlt sich das Material der Probe seifig aber auch etwas rau an bleibt an den Fingern kleben und muss auch im trockenen Zustand von den Haumlnden abgewaschen werden

Beim Schneideversuch zeigt das Bodenmaterial eine glaumlnzende Schnittflaumlche und beim Schuumlt-telversuch keine Reaktion

Welcher Bodenart kann dieses Probenmaterial z B zugeordnet werden

Loumlsung Der Reibeversuch weist auf tonigen Boden mit eher geringen Sandanteilen und die glaumlnzende Schnittflaumlche beim Schneideversuch auf einen hohen Tonanteil hin Durch den Schuumlttelversuch wird diese Einschaumltzung bestaumltigt

Bei dem untersuchten Bodenmaterial kann es sich z B um sandigen Ton (Ts) handeln

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 39: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

GeotechnikndashBodenmechanik 3 Auflage Gerd Moumlller copy 2016 Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG Published 2016 by Ernst amp Sohn GmbH amp Co KG

2 Wasser im Baugrund

21 Allgemeines Das waumlhrend des Jahres in unterschiedlicher Menge anfallende Niederschlagswasser dringt nur zum Teil in den Boden ein Der Rest verdunstet bzw flieszligt als Oberflaumlchenwasser ab

Den Boden infiltrierendes Wasser sickert entweder bis zu einem Grundwasserreservoir oder es verbleibt in den Bodenporen der uumlber dem Grundwasser liegenden Zone (Bild 2-1)

Generell kann zwischen zwei Zonen unterschieden werden In der unteren Zone sind alle Boden-poren vollstaumlndig gefuumlllt durch Grundwasser das einem hydrostatischen Druck unterliegt In der daruumlber liegenden Zone (Kapillarzone) sind die Poren vollstaumlndig (geschlossene Kapillarzone) oder teilweise (offene Kapillarzone) mit Kapillarwasser gefuumlllt (Bild 2-1) Waumlhrend oberhalb der geschlossenen Kapillarzone einzelne Bodenteilchen von Haftwasser (gegen die Schwerkraft adhauml-siv gehaltenes Wasser) umgeben sind werden die Bodenteilchen im gesamten Bodenbereich von hygroskopischem Wasser umhuumlllt sofern ihre Oberflaumlchen elektrisch geladen sind (vgl Ab-schnitt 26)

Bild 2-1 Erscheinungsformen des Wassers im Boden (nach [229])

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 40: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

26 2 Wasser im Baugrund

22 Regelwerke Bestimmungen zu Untersuchungen der Grundwassergegebenheiten und seiner Eigenschaften so-wie zu den Auswirkungen von stehendem oder flieszligendem Grundwasser auf Baumaterial und Baukonstruktionen finden sich z B in ndash DIN 1054 [20] DIN 4020 [38] DIN 4030-1 [43] DIN 4030-2 [44] DIN 18130-2 [76] DIN

19682-8 [90] DIN EN 1992-1-1 [98] DIN EN 1992-1-1NA [99] DIN EN 1997-2 [103] DIN EN 1997-2NA [104] und DIN EN ISO 22475-1 [128]

ndash den EAB [145] ndash den EAU 2012 [149] ndash den GDA-Empfehlungen [163] ndash dem Merkblatt uumlber geotechnische Untersuchungen und Berechnungen im Straszligenbau [210]

23 Begriffe Aus DIN EN ISO 22475-1 und [40] wurden die nachstehenden Begriffe entnommen

Sickerwasser Wasser das sich durch Uumlberwiegen der Schwerkraft abwaumlrts bewegt soweit es kein Grundwasser ist

Grundwasser unterirdisches Wasser das die Hohlraumlume des Baugrunds zusammenhaumlngend aus-fuumlllt

Grundwasserspiegel ausgeglichene Grenzflaumlche des Grundwassers gegen die Atmosphaumlre (z B in Brunnen Grundwassermessstellen Houmlhlen oder Gewaumlssern)

Grundwasserkoumlrper Grundwasservorkommen oder Teil eines solchen das eindeutig abgegrenzt oder abgrenzbar ist

Grundwasseroberflaumlche obere Grenzflaumlche eines Grundwassers

Grundwasserdruckflaumlche geometrischer Ort der Endpunkte aller Standrohrspiegelhoumlhen an einer Grundwasseroberflaumlche

Freie Grundwasseroberflaumlche ( freies Grundwasser) Grundwasserdruckflaumlche die mit der Grund-wasseroberflaumlche identisch ist (Bild 2-2)

Gespanntes Grundwasser bei diesem Grundwassertyp liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwasseroberflaumlche (Bild 2-2)

Bild 2-2 Freies und gespanntes Grundwasser

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 41: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

23 Begriffe 27

Artesisch gespanntes Grundwasser bei ihm liegt die Grundwasserdruckflaumlche uumlber der Grundwas-seroberflaumlche und uumlber der Erdoberflaumlche (Bild 2-2)

Porendruck Druck der Fluumlssigkeit mit der die Poren im Boden oder Fels gefuumlllt sind

Grundwasserschwankungen Schwankungen der Grundwasseroberflaumlche undoder des Poren-drucks

Grundwasserleiter wasserdurchlaumlssiger Boden oder Fels der geeignet ist Grundwasser aufzuneh-men oder zu leiten

Grundwasserhemmer Grenzschicht aus Fels oder Boden die die Stroumlmung von Wasser in einen benachbarten Grundwasserleiter bzw daraus behindert jedoch nicht verhindert

Grundwassernichtleiter Fels oder Boden mit sehr geringer Transmissivitaumlt (auch Profildurchlaumls-sigkeit genannt Integral der Wasserdurchlaumlssigkeit uumlber die Maumlchtigkeit des Nichtleiters) wodurch die Wasserstroumlmung durch den Boden oder Fels praktisch verhindert wird

Grundwassersohle untere Grenzflaumlche eines Grundwasserleiters

Grundwasserstockwerk Grundwasserleiter einschlieszliglich seiner oberen und unteren Begrenzung als Betrachtungseinheit innerhalb der senkrechten Gliederung der Erdrinde Die Grundwasser-stockwerke werden von oben nach unten gezaumlhlt (Bild 2-3)

Bild 2-3 Grundwasserstockwerke

Grundwassermessung Messung der Grundwasseroberflaumlche oder des Porendrucks

Grundwasserdruck Druck der an einem bestimmten Ort im Baugrund (in Poren Hohlraumlumen oder Kluumlften) und zu einer bestimmten Zeit herrscht

Grundwassermessstelle Ort an dem die Geraumlte fuumlr Grundwassermessungen installiert sind oder Grundwassermessungen durchgefuumlhrt werden

Piezometer Einrichtung fuumlr die messtechnische Bestimmung der Grundwasseroberflaumlche oder der Grundwasserdruckhoumlhe in offenen und geschlossenen Systemen (Weiteres siehe DIN EN ISO 22 475-1)

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 42: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

28 2 Wasser im Baugrund

24 Kapillarwasser In Bodenporen die nicht vollstaumlndig mit Grundwasser gefuumlllt sind treten Oberflaumlchenspannungen zwischen dem Boden und dem Wasser auf Sie bewirken Kapillarkraumlfte die mit abnehmender Po-rengroumlszlige zunehmen Die Kapillarkraumlfte heben das Grundwasser in Form von Kapillarwasser um

Gl 2-1

uumlber den Grundwasserspiegel (Bild 2-4) Mit der Wasserwichte γw asymp 001 Ncm3 der fuumlr feuchte und 10 degC warme Luft geltenden Oberflaumlchenspannung σ0 asymp 000075 Ncm (vgl [17]) und dem fuumlr Boumlden verwendbaren Benetzungswinkel αasymp 0deg (vgl [172] Kapitel 13) ergibt sich fuumlr die ka-pillare Steighoumlhe die nicht dimensionsreine Beziehung

Gl 2-2

(z B bei der Kapillarbrechung in Draumlnschichten unter Bodenplatten zu beruumlcksichtigen)

In Abhaumlngigkeit vom Bodenmaterial und seiner Lagerungsdichte D (bei nichtbindigen Boumlden) dif-ferieren die passiven kapillaren Steighoumlhen in den Porenkanaumllen erheblich Waumlhrend sie z B bei Kies Werte im cm-Bereich annehmen koumlnnen sie in Feinschluff bis asymp 50 m (vgl [180]) erreichen

Bild 2-4 Zug- und Druckspannungsverlauf in einem Kapillarrohr

Da die Porenkanaumlle veraumlnderliche Dicken aufweisen entsprechen sie eher einem Jamin-Rohr als einem Kapillarrohr mit konstantem Durchmesser Wird ein Jamin-Rohr in Wasser getaucht steigt dieses im Rohr bis zur bdquoaktivenldquo kapillaren Steighoumlhe hka Wird der Wasserspiegel danach abge-senkt stellt sich eine groumlszligere und als bdquopassivldquo bezeichnete kapillare Steighoumlhe hkp (auch bdquokapilla-re Ruumlckhaltehoumlheldquo genannt) ein (Bild 2-5)

Die unregelmaumlszligigen Querschnittsformen der im Bodengefuumlge vorhandenen Porenkanaumlle sowie die Schwankungen des Grundwasserspiegels die z B durch Niederschlaumlge und durch Wasserabfluss bewirkt werden fuumlhren zu einer sich unterschiedlich einstellenden kapillaren Steighoumlhe im Bo-denmaterial Das kapillar angehobene Grundwasser im Baugrund ist deshalb zu finden in der

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 43: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

24 Kapillarwasser 29

ndash geschlossenen Kapillarzone (alle Poren dieses Bereichs sind mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1) und

ndash der offenen Kapillarzone (nur ein Teil der Poren dieses Bereichs ist mit Kapillarwasser gefuumlllt vgl Bild 2-1)

Bild 2-5 Jamin-Rohr mit aktiver (hka) und passiver (hkp) kapillarer Steighoumlhe

Nach [172] Kapitel 13 kann die Houmlhe der geschlossenen Kapillarzone durch die Groumlszlige der kapil-laren Ruumlckhaltehoumlhe hkp (auch bdquopassive kapillare Steighoumlheldquo genannt) erfasst werden Entspre-chende Erfahrungswerte lassen sich Tabelle 2-1 entnehmen

Tabelle 2-1 Erfahrungswerte fuumlr die kapillare Ruumlckhaltehoumlhe einiger Bodenarten (nach [170] Kapitel 15 und [172] Kapitel 13)

Bodenart Kapillare Ruumlckhaltehoumlhe hkp (in m)

Mittel- bis Grobkies sandiger Kies Mittel- und Grobsand Fein- und Mittelsand schluffiger Feinsand Schluff Ton

005 008 020 050 10 50 500

Anwendungsbeispiel Nachdem ein nach unten offener mit trockenem nichtbindigem Boden gefuumlllter Behaumllter in 10 degC warmes Wasser gestellt wurde stellte sich in dem Boden als groumlszligte aktive kapillare Steighoumlhe max hka = 36 cm (Grenze der offenen Kapillarzone) und als kleinste Steighoumlhe min hka = 17 cm (Grenze der geschlossenen Kapillarzone) ein

Naumlherungsweise zu ermitteln sind die Durchmessergroumlszligen (Angabe in mm) von Kapillarroh-ren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen die den oben angegebenen Werten der ge-schlossenen und der offenen Kapillarzone entsprechen

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 44: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

30 2 Wasser im Baugrund

Loumlsung Fuumlr 10 degC warmes Wasser kann die aktive kapillare Steighoumlhe naumlherungsweise durch die Glei-chung Gl 2-2

ermittelt werden Durch Aufloumlsung nach d ergeben sich somit die beiden Werte

fuumlr die Durchmesser von Kapillarrohren in denen sich kapillare Steighoumlhen einstellen welche denen der offenen (doffen) und der geschlossenen (dgeschlossen) Kapillarzone entsprechen

25 Porenwinkelwasser Als Porenwinkelwasser wird das Wasser im Bereich der Kontaktflaumlchen (Porenwinkel) von Koumlr-nern feuchter nichtbindiger Boumlden bezeichnet (Bild 2-6)

Bild 2-6 Bodenkoumlrner mit Porenwinkelwasser

Durch die Kapillarkraumlfte des Porenwinkelwassers werden die Bodenkoumlrner aneinandergezogen Dies fuumlhrt zu einem bdquoAneinanderhaftenldquo der Koumlrner das als bdquoKapillarkohaumlsionldquo (oder auch bdquoscheinbare Kohaumlsionldquo) bezeichnet wird und sich insbesondere bei feinkoumlrnigeren nichtbindigen Boumlden auswirkt Wird der Wassergehalt eines nichtbindigen Bodens zu dem die maximale Wir-kung der Kapillarkohaumlsion gehoumlrt veraumlndert reduziert sich die Kohaumlsion mit zunehmender Veraumln-derung immer weiter So verringern sich die Kapillarkraumlfte mit fortschreitender Austrocknung des Bodens bis hin zu ihrem endguumlltigen Wegfall bei vollstaumlndig trockenem Boden Analog dazu re-duziert sich die Kapillarkohaumlsion bei Wasserzugabe da dadurch die Bodenporen mit Wasser auf-gefuumlllt werden endguumlltig verschwunden ist sie wenn alle Bodenporen mit Wasser gefuumlllt sind Tabelle 2-2 gibt Anhaltswerte fuumlr durch Kapillarkohaumlsion bewirkte Scherfestigkeiten von Boumlden

Tabelle 2-2 Erfahrungswerte der Scherfestigkeit nichtbindiger Boumlden infolge Kapillarkohaumlsion (nach EAB Tabelle 32)

Bodenart Bezeichnungen nach DIN 4022-1 [41]

Kapillarkohaumlsion cc k (in kNm2)

sandiger Kies Grobsand Mittelsand Feinsand

G s gS mS fS

0 ndash 2 1 ndash 4 3 ndash 6 5 ndash 8

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 45: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

26 Hygroskopisches Wasser 31

26 Hygroskopisches Wasser Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser) wird wegen der Dipoleigenschaften von Wassermo-lekuumllen (auf den sich gegenuumlberliegenden Molekuumllseiten liegen die Schwerpunkte der positiven und der negativen Ladung) von elektrisch negativ geladenen mineralischen Oberflaumlchen der Bo-denteilchen angezogen und an den Teilchenoberflaumlchen angelagert (adsorbiert) Die Groumlszlige und der Verlauf (Bild 2-7) der Anziehungskraft ergeben sich nach BuschLuckner [17] aus der Kombinati-on von elektrostatischen und molekularen (van der Waalssche Kraumlfte) Wirkungen

Hygroskopisches Wasser umgibt die Bodenteilchen mit einer Schicht verdichteten Wassers die als bdquodiffuse Huumllleldquo oder auch bdquodiffuse Schichtldquo bezeichnet wird In Abhaumlngigkeit vom Elektrolytgeh-alt des Wassers nimmt ihre Dicke sehr unterschiedliche Groumlszligen an womit entsprechende Reich-weitenunterschiede der elektrostatischen Kraftwirkung verbunden sind (vgl hierzu [192]) Das an-gelagerte Wasser hat die Konsistenz einer hochviskosen Fluumlssigkeit wird zur Teilchenoberflaumlche hin zaumlh wie Eis und unmittelbar an der Oberflaumlche praktisch zum Bestandteil des Bodenteilchens

Bild 2-7 Verlauf der Anziehungsspannungen in der diffusen Huumllle

27 Betonangreifende Grundwaumlsser und Boumlden Hinsichtlich der Beurteilung des Angriffsvermoumlgens von Waumlssern und Boumlden auf erhaumlrteten Beton koumlnnen DIN 4030-1 und DIN 4030-2 herangezogen werden Danach ndash soll junger Beton im Allgemeinen mit betonangreifendem Wasser nicht in Beruumlhrung kommen

(bei Bauteilen wie z B Ortbetonpfaumlhlen laumlsst sich der Kontakt allerdings nicht vermeiden) ndash koumlnnen Waumlsser und Boumlden betonangreifend sein wenn sie z B

bull freie Saumluren (erkennbar an pH-Werten lt 7 betonangreifend ab pH-Werten lt 65 wirken louml-send auf Zementstein und carbonhaltige Gesteinskoumlrnungen)

bull Sulfide (bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchte ist u a ihre Oxidation zu Sulfaten und Schwe-felsaumlure moumlglich)

bull Sulfate (Umsetzung mit einigen Calcium- und Aluminiumverbindungen des Zementsteins zu Calciumaluminatsulfathydraten oder Gips wirkt ggf treibend)

bull Magnesiumsalze (loumlsen Calciumhydroxid aus dem Zementstein) bull Ammoniumsalze (loumlsen vorwiegend Calciumhydroxid aus dem Zementstein davon ausge-

nommen sind Ammoniumcarbonat -oxalat und -fluorid)

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 46: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

32 2 Wasser im Baugrund

bull pflanzliche und tierische Fette und Oumlle (mit dem Calciumhydroxid des Zementsteins bilden sie als Ester der Fettsaumluren fettsaure Calciumsalze (Kalkseifen))

enthalten ndash koumlnnen weiche Waumlsser (mit Haumlrten lt 30 mg Calciumoxid (CaO) je Liter) betonangreifend sein ndash enthaumllt Grundwasser oft kalkloumlsende Kohlensaumlure Sulfate und Magnesiumverbindungen (Ab-

waumlsser oder entsprechende Ablagerungen koumlnnen houmlhere Konzentrationen von Schwefelwasser-stoffen Ammonium und betonangreifenden organischen Verbindungen bewirken)

Allgemeine Merkmale die auf betonangreifende Bestandteile des Grundwassers hinweisen koumln-nen sind z B dunkle Faumlrbung des Wassers Salzausscheidungen fauliger Geruch Aufsteigen von Gasblasen oder saure Reaktionen Die sichere Feststellung vorhandener betonangreifender Be-standteile des Grundwassers verlangt allerdings eine chemische Analyse gemaumlszlig DIN 4030-2 Be-zuumlglich der Entnahme entsprechender Grundwasserproben mittels Pumpe Wasserproben-Ent-nahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die Ausfuumlhrungen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

Tabelle 2-3 Grenzwerte zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden (nach DIN 4030-1 Tabelle 4 und DIN EN 1992-1-1 Tabelle 41)

Chemisches Merkmal

Expositionsklasse XA1

(schwach angreifend)

XA2 (maumlszligig

angreifend)

XA3 (stark

angreifend)

Grundwasser

1 Sulfat (SO42‒ ) in mgLiter ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000

gt 3 000 und

le 6 000

2 pH-Wert le 65 und ge 55 lt 55 und ge 45 lt 45 und ge 40

3 kalkloumlsende Kohlensaumlure (CO2) in mgLiter

ge 15 und le 40 gt 40 und le 100 gt 100 bis Saumlttigung

4 Ammonium (NH4+) in mgLiter ge 15 und le 30 gt 30 und le 60 gt 60 und le 100

5 Magnesium (Mg2+) in mgLiter ge 300 und

le 1 000

gt 1 000 und

le 3 000 gt 3 000 bis Saumlttigung

Boden 6

Sulfat a) (SO42‒ ) in mgkg ge 200 und le 600 gt 200 und

le 3 000 b)

gt 3 000 b) und

le 6 000

7 Saumluregrad (nach Bauman-Gully) gt 200 In der Praxis nicht anzutreffen a) Tonboumlden mit einer Durchlaumlssigkeit von lt 10 ‒ 5 ms duumlrfen in eine niedrigere Klasse eingeteilt

werden b) Besteht die Gefahr der Anhaumlufung von Sulfationen im Beton (zuruumlckzufuumlhren auf wechselndes

Trocknen und Durchfeuchten oder kapillares Saugen) ist der Grenzwert von 3 000 mgkg auf 2 000 mgkg zu vermindern

Zur Beurteilung des Angriffsgrades von natuumlrlichen Waumlssern und Boumlden kann Tabelle 2-3 heran-gezogen werden Die darin angegebenen Grenzwerte gelten fuumlr stehendes oder schwach flieszligen-des in groszligen Mengen vorhandenes Wasser das unmittelbar auf den Beton einwirkt und bei dem die angreifende Reaktion mit dem Boden nicht vermindert wird Temperatur- und Druckerhoumlhun-gen sowie starkes Flieszligen des Grundwassers oder zusaumltzlicher mechanischer Abrieb des Betons

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 47: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse 33

durch schnell flieszligendes Wasser fuumlhren zur Verstaumlrkung des Angriffsgrads Der Angriffsgrad re-duziert sich mit abnehmender Durchlaumlssigkeit des Bodens sowie bei Temperaturabnahme bzw bei nur in geringen Mengen anstehendem Wasser Dies gilt auch fuumlr sich nahezu nicht bewegendes Wasser das nur eine langsame Erneuerung der betonangreifenden Bestandteile zulaumlsst (z B wenig durchlaumlssige Boumlden mit Durchlaumlssigkeitsbeiwerten k lt 10‒ 5 ms)

Zur Beurteilung des Angriffsgrads des Wassers oder Bodens ist der houmlchste Angriffsgrad gemaumlszlig Tabelle 2-3 maszliggebend Der Angriffsgrad erhoumlht sich um eine Stufe wenn zwei oder mehr Werte im oberen Viertel eines Bereichs liegen (bei pH-Werten im unteren Viertel)

Nach [220] sollten fuumlr Beton der chemischen Angriffen unterliegt im Allgemeinen Gesteinskoumlr-nungen (Betonzuschlag) verwendet werden die gegenuumlber den angreifenden Stoffen bestaumlndig sind Schwachen Angriffen widersteht ein Beton bei einer Expositionsklasse XA1 (Tabelle 2-3) wenn er einen Wasserzementwert wz le 06 aufweist Bei der Expositionsklasse XA2 ist ein Was-serzementwert von wz le 055 und bei der Expositionsklasse XA3 ein dauerhafter Schutz (dichte Kunststoffbeschichtungen Dichtungsbahnen Plattenverkleidungen oder auch eine Vergroumlszligerung des Betonquerschnitts) erforderlich Bei Stahlbeton ist auch die Betondeckung auf den jeweiligen Angriffsgrad abzustimmen Bei Sulfatgehalten ab 600 mg SO4 je Liter Grundwasser bzw ab 3 000 mg SO4 je kg Boden ist unabhaumlngig vom jeweils vorliegenden Angriffsgrad auszliger einem entsprechend dichten Beton ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu verwenden

28 Untersuchungen der Grundwasserverhaumlltnisse Im Zuge von Baugrunduntersuchungen sind in der Regel auch die Grundwasserverhaumlltnisse zu er-fassen da von ihnen ggf erforderliche Maszlignahmen wie Grundwasserhaltungen Abdichtungen Draumlnungen usw abhaumlngig sind

Nach Abschnitt 214 von DIN EN 1997-2 und DIN 4020 sowie nach [210] muumlssen Grundwasser-untersuchungen all die Informationen liefern die fuumlr die geotechnische Bemessung und das Bauen erforderlich sind Abhaumlngig von der Aufgabenstellung sind mit Untersuchungen der Grundwasser-verhaumlltnisse ggf Informationen zu gewinnen uumlber ndash die Tiefenlage Maumlchtigkeit Ausdehnung und Durchlaumlssigkeit wasserfuumlhrender Schichten im

Baugrund und der Kluftsysteme in Fels ndash die Flieszligrichtung und die Flieszliggeschwindigkeit des Grundwassers ndash die Tiefenlage und Ausdehnung wasserstauender Bodenschichten ndash die Houmlhenlage der Grundwasseroberflaumlche oder -druckflaumlche der Grundwasserstockwerke (frei

oder gespannt) und deren zeitabhaumlngige Veraumlnderungen (aktuelle Grundwasserstaumlnde mit den moumlglichen Extremwerten und ihren jaumlhrlichen Uumlberschreitungswahrscheinlichkeiten)

ndash die chemische Beschaffenheit und ggf die Temperatur des Wassers ndash Porenwasserdruckverteilungen Der Untersuchungsumfang sollte in Verbindung mit Vorinformationen (z B aus vorhandenen Unterlagen) und in Hinblick auf die geplanten Baumaszlignahmen die Bewertung von Aspekten er-moumlglichen wie etwa ndash der Moumlglichkeit einer Grundwasserhaltungsmaszlignahme (Art Umfang Ausfuumlhrung und ihre

Auswirkungen auf die Umgebung) ndash der Moumlglichkeit das Grundwasser als Brauchwasser fuumlr bautechnische Zwecke zu nutzen ndash der Beurteilung der gefaumlhrdenden Wirkung des Grundwassers bei Abgrabungen oder Boumlschun-

gen (z B Gefahr eines hydraulischen Grundbruchs Groumlszlige des Stroumlmungsdrucks Gefahr der Erosion)

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 48: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

34 2 Wasser im Baugrund

ndash der Beurteilung von Maszlignahmen zum Schutz des Bauwerks (Abdichtung gegen Grundwasser Entwaumlsserung Maszlignahmen gegen aggressives Wasser sowie hydrostatischen Druck usw)

ndash der Ermittlung der Faumlhigkeit des Untergrunds waumlhrend der Bauarbeiten zugefuumlhrtes Wasser aufzunehmen

ndash der Beurteilung der chemischen Zusammensetzung des oumlrtlich anstehenden Grundwassers be-zuumlglich seiner Verwendbarkeit fuumlr bautechnische Zwecke

ndash der Beurteilung der Auswirkungen von Grundwasserabsenkungen Trockenlegungen Wasser-aufstau usw auf die Umgebung

Der Untersuchungsumfang ist in Abhaumlngigkeit von den jeweiligen Fragestellungen des Einzelfalls gesondert festzulegen (ggf unter Hinzuziehung eines Sachverstaumlndigen fuumlr Geotechnik siehe auch Abschnitt 33)

In [39] Tabelle 1 sind Angaben zur Eignung von Bohrungen Feldversuchen und Laborversuchen bezuumlglich der Ermittlung einzelner Parameter der Grundwasserverhaumlltnisse in Boden bzw Fels zu finden Aus Tabelle 2 geht u a hervor wo ggf Informationen zu langjaumlhrigen Grundwasserver-haumlltnissen eingeholt werden koumlnnen

Tabelle 2-4 Informationsstellen fuumlr vorhandene Unterlagen (nach [39] Tabelle 2)

Unterlagen Uumlbliche Informationsstellen

geologische Verhaumlltnisse Geologische Landesaumlmter Bohrprofile Geologische Landesaumlmter Bauaumlmter bzw Dienste

Umweltaumlmter langjaumlhrige Grundwasserverhaumlltnisse Wasserwirtschaftsverwaltungen Bauverwaltungen

bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Versor-gungsunternehmen

Veraumlnderungen durch Flussbau und Lan-desbaukultur

Vermessungsaumlmter Wasserwirtschaftsverwaltungen Flurbereinigungsaumlmter

Bergbau Bergsenkung Bergaumlmter Geologische Landesaumlmter Bergwerksge-sellschaften

Erdbeben Erdbebenwarten Geophysikalische Institute Bundes-anstalt fuumlr Geowissenschaften und Rohstoffe Hanno-ver

oumlrtliche Besonderheiten von Boden und Fels

Geotechnische Institute bzw Dienste Geologische Landesaumlmter Geologische Karten Baugrundkarten 1 25 000 mit Erklaumlrungen

Setzungsbeobachtungen Bauverwaltungen Bauherren Geotechnische Institute juumlngere Bauvorgaumlnge in der Nachbarschaft oumlrtliche Bauaumlmter Baumaszlignahmen in historischer Zeit Landesdenkmalaumlmter oumlrtliche und regionale Archive Altlasten Umweltaumlmter Bauaumlmter Wasserwirtschaft Geologi-

sche Landesaumlmter Verwaltungsaumlmter Kampfmittel Kampfmitteldienste

Bezuumlglich der Auswahl und des Einsatzes von Messgeraumlten die bei der Ermittlung physikalischer und physikochemischer Parameter von Grundwasser zum Einsatz kommen koumlnnen sei z B auf [144] verwiesen Es sind dort u a Ausfuumlhrungen zu Temperatur- Leitfaumlhigkeits- und pH-Messgeraumlten sowie zu Datensammlern fuumlr die Grundwassermessungen und zu Messverfahren zur Wasserstandsmessung zu finden Hinsichtlich der Entnahme von Grundwasserproben mittels

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 49: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

29 Grundwassermessstellen 35

Pumpe Wasserproben-Entnahmegeraumlt oder Vakuumflaschen sind die entsprechenden Ausfuumlhrun-gen von DIN EN ISO 22475-1 zu beachten

29 Grundwassermessstellen Bei der Festlegung der Abmessungen und der konstruktiven Ausgestaltung von Bauwerken die im Grundwasser stehen oder durch Grundwasserbereiche fuumlhren ist es sowohl in technischer Hin-sicht als auch in Hinblick auf die Baukosten von groszliger Bedeutung die Houmlhenlage des Grund-wasserspiegels bzw der Grundwasserdruckflaumlche zu kennen Da Niederschlaumlge Wasserentnahmen usw diese Houmlhenlage beeinflussen stellen sowohl die zeitliche Entwicklung dieser Lage als auch deren Houmlchst- Mittel- und Tiefstwerte wichtige Informationen dar Insbesondere bei der Wasser-entnahme zum Zwecke der Trockenlegung von Baugruben gilt dies nicht nur fuumlr die zu errichten-den Bauwerke selbst sondern auch fuumlr Gebaumlude und Vegetation (z B Baumlume in Parkanlagen) die durch diese Entnahme betroffen sind (siehe z B [12])

Die Ermittlung der zeitveraumlnderlichen Grundwasserstaumlnde erfolgt durch Messungen fuumlr die in der Regel spezielle Messstellen eingerichtet werden Gegebenenfalls koumlnnen auch Bohrungen die im Rahmen von Baugrundaufschluumlssen niedergebracht wurden zu Grundwassermessstellen ausgebaut werden In Bild 2-8 ist eine Moumlglichkeit fuumlr den Ausbau einer Grundwassermessstelle gezeigt

1 Kappe

2 Aufsatzrohr

3 Filterrohr

4 Sumpfrohr

5 Betonabdeckung

6 frostsicherer Boden

7 Abdichtung

8 Bohrgut

9 Filtersand

Bild 2-8 Ausbauplan fuumlr eine Grundwassermessstelle bei freiem Grundwasser im obersten Grundwasserstockwerk (nach [40])

Zur Wasserstandsermittlung mit Hilfe von Einzelmessungen stehen Kabellichtlote (Bild 2-9 a) zur Verfuumlgung bei denen ein an einem Messkabel haumlngendes Lot in die Messstelle abgesenkt wird Sobald eine in das Lot eingebaute Elektrode mit dem Wasser in Beruumlhrung kommt wird ein opti-sches und ggf akustisches Signal ausgeloumlst die Messtiefe kann dann an der Skala des Messkabels abgelesen werden Sind Wasserstaumlnde kontinuierlich und uumlber laumlngere Zeit zu ermitteln lassen sich die entsprechenden Messungen unter Verwendung von dauerhaft installierbaren ndash Schwimmern und Drucksonden durchfuumlhren (Bild 2-9) Der einfachere und billigere Schwimmer ist bei nicht gespanntem Wasser-spiegel einsetzbar Das gilt auch fuumlr die mit groumlszligerer Genauigkeit arbeitende Drucksonde die au-szligerdem auch bei artesisch gespanntem Wasser bzw in Messstellen mit besonders starken Schwan-kungen des Wasserpegels eingesetzt werden kann Die Sonde wird dabei unter den zu erwartenden

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 50: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

36 2 Wasser im Baugrund

minimalen Wasserstand in die Messstelle eingehaumlngt um so sicherzustellen dass die Wasserstand-saumlnderungen ausschlieszliglich Aumlnderungen des Wasserdrucks hervorrufen der von der Sonde gemes-sen und durch die Messeinrichtung auf den jeweiligen Wasserstand zuruumlckgerechnet wird Tempe-ratur- und Luftdruckschwankungen werden dabei uumlber die Messeinrichtung kompensiert

Die Messwerte koumlnnen z B kontinuierlich auf Papiertrommeln aufgezeichnet (preisguumlnstige Ver-sion bei Langzeitbeobachtungen in weiter abgelegenen Messstellen bei denen keine Grenzwert-uumlberwachung erfolgt) oder in beliebigen Zeitabstaumlnden als digitalisierte Werte von unterbre-chungslos anfallenden analogen Messsignalen festgehalten werden Digitalgroumlszligen lassen sich vor Ort speichern mittels entsprechender Handgeraumlte bdquoauslesenldquo und so einer Auswertestelle zur Ver-fuumlgung stellen sie koumlnnen aber auch per geeigneter Datenfernuumlbertragung (Telefonleitung Stand-leitung Funkverbindung direkt uumlber Satellit usw) an einen Auswerterechner uumlbergeben werden (vgl z B [194])

a)

b)

c) d)

Bild 2-9 Geraumlte und Einrichtungen zur diskreten (a) und kontinuierlichen (b c und d) Messung

von Wasserstaumlnden (aus Prospekt der Fa SEBA [F 9]) a) Kabellichtlot zur Einzelmessung von Wasserstaumlnden b) Drucksonde kombiniert mit auslesbarem digitalem Datensammler c) Schwimmer und Gegengewicht mit Potentiometer und Vertikal-Registrierpegel d) Station zur Messung von Wasserstand und Wasserqualitaumlt (Temperatur

pH-Wert Redoxpotenzial Leitfaumlhigkeit geloumlster Sauerstoff)

Von dem Auswerterechner koumlnnen digitalisierte Messergebnisse sowohl in Form von Zahlenwer-ten als auch grafisch aufbereitet zur Verfuumlgung gestellt werden Der Vorteil der Ergebnisgrafik liegt in der schnellen Erkennbarkeit der Messergebnisse und davon abgeleiteter Beziehungen wie sich das anhand von Bild 2-10 und von Bild 2-11 zeigen laumlsst Bild 2-10 zeigt vier Gangliniendia-gramme eines Messnetzes mit bis zu 120 Messstellen und Bild 2-11 einen aus der Gesamtheit der Ganglinien ermittelten Grundwassergleichenplan Dieser Grundwassergleichenplan basiert auf den gemessenen Grundwasserstaumlnden aller Messstellen zu einem festgelegten Zeitpunkt wobei die in den Plan eingezeichneten Isohypsen die Punkte mit gleichen Grundwasserspiegelhoumlhen verbinden (Isohypsen sind mit Houmlhenlinien von Wanderkarten vergleichbar ihre Genauigkeit haumlngt im We-sentlichen von der Zahl (Dichte) der Messstellen ab) Die Bilder wurden dem Beweissicherungs-bericht [177] fuumlr die Baumaszlignahmen zu den Verkehrsanlagen im zentralen Bereich Berlin (VZB) und den Neubauten im Parlaments- und Regierungsviertel entnommen der bei der bdquoSenatsverwal-tung fuumlr Stadtentwicklung Umweltschutz und Technologieldquo von Berlin oumlffentlich zugaumlnglich be-

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 51: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

29 Grundwassermessstellen 37

reitgehalten wird Auswertungen dieser Art sind unverzichtbar wenn es z B um die Kontrolle Beweissicherung und Beeinflussung (z B durch Reinfiltrierung) stark zeitveraumlnderlicher Grund-wasserverhaumlltnisse geht (siehe auch [194] und [209])

Bild 2-10 Gangliniendiagramme der Grundwasserstaumlnde von 4 Messstellen (aus [177] zur Ver-

fuumlgung gestellt von der Firma DMT-Potsdam [F 3])

Zu erwaumlhnen ist dass Betreiber von Grundwassermessnetzen seit einigen Jahren die von ihnen ermittelten Daten im Internet zur Verfuumlgung stellen So koumlnnen z B vom Bayerischen Landesamt fuumlr Umwelt bzw vom Niedrigwasser-Informationsdienst vom Gewaumlsserkundlichen Dienst und vom Hochwassernachrichtendienst zur Verfuumlgung gestellte Daten von Grundwassermessstellen in Bayern derzeit uumlber die Internetadresse

httpwwwlfubayerndewassergrundwasserstandmessdatenindexhtm

eingesehen werden Durch entsprechende Mouseclicks lassen sich Karten mit Messstellen oumlffnen die von den Diensten betrieben werden Das Anklicken einer entsprechenden Markierung fuumlhrt zur Seite der ausgewaumlhlten Messstelle auf der u a Angaben zur Messstelle und Messwerte des ver-gangenen Jahres bzw des gesamten Zeitraums in dem die Messstelle betrieben wurde zu finden sind Bezuumlglich der Messstellenangaben sei als Beispiel die im Landkreis Freising belegene Grundwassermessstelle bdquoFreising 275Cldquo herangezogen deren Gelaumlndehoumlhe bzw Ausbautiefe un-ter Gelaumlnde mit 44848 m uumlber NN bzw 930 m angegeben wird An ihr werden seit dem Jahr 1938 Messungen durchgefuumlhrt Neben Ganglinien und tabellarisch zusammengestellten Messwer-ten finden sich z B auch Angaben zu Extremalwerten wie den in der Zeit seit 1938 aufgetretenen houmlchsten bzw niedrigsten Wasserstand von 44425 bzw 44151 m uuml NN

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])

Page 52: Thumbnail - ciando.com · Vorwort Seit dem Jahr 2007 gilt in den Bauordnungen der Bundesländer der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich das Konzept der globalen Sicherheiten,

38 2 Wasser im Baugrund

Bild 2-11 Grundwassergleichenplan (aus [177] zur Verfuumlgung gestellt von der Firma

DMT-Potsdam [F 3])